RU2148806C1 - Gear automatically balancing rotating bodies - Google Patents

Abstract

FIELD: balancing technology. SUBSTANCE: gear can be used in automatic balancing of rotating articles in process of their running. It has bushing anchored on shaft of balanced body and two rings with eccentric masses mounted with clearance fit on outer surface of bushing for turn about its axis. In this case one of diametrically opposite halves of inner cylindrical surface of each ring has considerable coefficient of sliding friction exceeding that of the other half of ring and eccentric mass is positioned on outer surface of each ring in area of boundary of surfaces with different friction coefficients. EFFECT: increased balancing accuracy, simplified design of gear and enhanced efficiency of balancing process. 3 dwg

Description

Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано для автоматической балансировки вращающихся изделий в процессе их работы. The invention relates to a balancing technique and can be used for automatic balancing of rotating products in the process of their work.

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/. Known devices for automatic balancing of rotating bodies, comprising a housing and correction mechanisms, made either in the form of a ring with eccentric masses and their rotation mechanisms in the form of a friction gear and a servomotor mounted on a shaft of a balanced rotor / cm. German patent N 20252944, class G 01 M 1/36, 1977 /, or in the form of two electric motors placed in a housing rigidly connected to the rotor, on the shaft of which with an eccentric network in a plane perpendicular to the axis of rotation, balancing weights / cm are installed. A.S. USSR N 450981, class 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. The disadvantages of the known devices are low balancing accuracy, design complexity and limited performance, due to the complexity of the mass adjustment mechanism, the presence of a significant number of parts rotating together with the body of rotation.

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/. Devices are also known for automatic balancing of rotating bodies, containing either rings freely loosely mounted on the body and axially spring-loaded with balancing weights installed on them, which can converge — diverge when the body rotates under the action of centrifugal inertia forces / cm. A.S. USSR N 632919, class G 01 M 1/38, 1978 /, or nuts loosely screwed onto the threaded portion of the body body with counterweights fixed on them / cm. A.S. USSR N 1677646, class 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. A disadvantage of the known devices is the low accuracy of balancing, which is due to the absence in the devices, according to the principle of automatic balancing under the action of centrifugal inertia, negative feedback perturbation, the independence of the existence of these forces from the presence and amount of unbalance, and, as a result, the possibility of unbalancing the body after the end of balancing in the process of braking rotation, fixing counterweights, etc.

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. The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of features is a device for automatic balancing of rotating bodies, including a sleeve mounted on the shaft of the body being balanced, and two rings with eccentric masses mounted to fit with a gap on the outer surface of the sleeve with the possibility of rotation around its axis / cm. a. a. USSR N 468123, class G 01 M 1/38, 1973 /, and adopted as a prototype.

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. The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known device adopted for the prototype include low balancing accuracy, design complexity and limited performance, due to the complexity of the actuator containing electromagnets, the corrective action formation scheme, the kinematic elements of the magnetic rings, rollers and belts.

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. The essence of the invention is to create due to the action of vibrational disturbances arising from the rotation of an unbalanced body, a directed rotation of eccentric masses relative to the body, which continues until the termination of the action of vibrational disturbances, that is, until the end of the process of automatic balancing of the rotating body.

Технический результат - увеличение точности балансировки, упрощение конструкции устройства и повышение производительности процесса. The technical result is an increase in the accuracy of balancing, simplifying the design of the device and increasing the productivity of the process.

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. The specified technical result during the implementation of the invention is achieved by the fact that in the device for automatic balancing of rotating bodies, containing a sleeve mounted on the shaft of the body being balanced, and two rings with eccentric masses, mounted by landing with a gap on the outer surface of the sleeve with the possibility of rotation around its axis, the peculiarity lies in the fact that one of the diametrical halves of the inner cylindrical surface of each ring is made with a significant coefficient of sliding friction, exceeding which determines the sliding friction coefficient of the other half of the ring surface, and the eccentric mass is installed on the outer surface of each ring in the region of the interface between surfaces with different friction coefficients.

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. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 schematically shows the proposed device, General view; in FIG. 2 is a section along A - A in FIG. 1; in FIG. 3 is a diagram for illustrating the balancing process.

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. A device for automatically balancing rotating bodies comprises a sleeve 1 mounted on a shaft 2 of a balancing body, two rings 3, 4, mounted to fit with a gap on the outer surface of the sleeve 1 with the possibility of rotation around its axis, one of the diametrical halves 5, 6 of the inner cylindrical the surface of each ring 3, 4 is made with a significant coefficient of sliding friction in excess of the coefficient of sliding friction of the other half of the surface of the ring, eccentric masses 7, 8, mounted with screws 9, 10 on the outer surface of each ring 3, 4 in the region of the interface between surfaces with different coefficients of friction. The displacements of the rings 3, 4 in the axial direction are limited by the covers 11, 12, mounted without preloading the rings 3, 4 on the threaded sections of the sleeve 1 and the screws 13, 14 fixed on the sleeve 1.

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.The operation of the device is as follows. Suppose that due to imbalance, the balanced body 2 during its rotation was affected by vibration along the line of force

/ Fig. 2 /. In the first half-cycle of vibration, the shaft 2 acts on the ring 3 with force

due to the presence of force to the right of the line of action

on ring 3 of unbalanced mass 7, ring 3 rotates clockwise relative to shaft 2 by an angle φ ₁ , while the increase in angle φ _{1 is} prevented by the sliding friction force that occurs when the inner surface of the ring 3 and the outer surface of the sleeve 1 interact. Since this interaction occurs on plot 5 of the surface with a significant coefficient of sliding friction, the friction force is large and, accordingly, the angle φ _{1 is} small. In the second half-cycle of vibrations, the action of force

causes ring 3 to rotate through an angle

counterclockwise, the interaction of the sleeve 1 and the ring 3 occurs in the area with a significantly lower coefficient of friction, and it is obvious that the angle

It is easy to see that under the action of vibration in any other direction

angular displacement of the ring 3

As a result, during the period of vibration, the ring 3 will rotate counterclockwise relative to the balanced body 2. To exclude the bi-directional displacement of the ring 3 in the half-cycles of vibration, the ratio between the eccentric mass 7 and the friction coefficient in section 5 of the ring 3 is selected so that the moment in the first half-period the inertial forces of the unbalanced ring 3 was not sufficient to overcome the moment of sliding friction forces, and in the second half-cycle provided the ring 3 with a stable one-way rotation from. At the same time, it is easy to ensure the continuous smooth rotation of the ring 3 in one direction with a given angular velocity by the selection of structural and technological design parameters. Moreover, all of the above applies to ring 4 with an eccentric mass 8. On ring 4, in comparison with ring 3, section 6 with a significant coefficient of sliding friction is made on the opposite half of section 5 of the diametrical half / Fig. 3 /, therefore, the continuous rotation of the ring 4 relative to the shaft 2 during vibration will occur clockwise.

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.Now, having explained the nature of the unidirectional rotation of the rings 3, 4 with respect to the balanced body 2 during its vibration, we illustrate using the circuit in FIG. 3 the process of automatic balancing of body 2. Let, for example, at the initial moment of time, the center of mass of the balanced body 2 in the transverse plane is at point M and is removed from the axis of rotation by the value of the transverse eccentricity vector

The rings 3 and 4 are mounted so that the eccentric masses 7, 8 on them are in the highest position on the vertical / like mass 7 in FIG. 2 /. When the balanced body 2 rotates due to the vibration that occurs, the rings 7, 8, as shown above, rotate counterclockwise and clockwise, respectively. In this case, the eccentric masses 7, 8 will diverge relative to the line MK passing along the vector

As you know, any dynamic system seeks to preserve its dynamic state, corresponding to the minimum kinetic energy and maximum symmetry relative to the axis of rotation. In this case, the masses 7, 8 will automatically move apart until the MK lines are established symmetrically. At the same time, remaining symmetric to the MK lines, the masses 7, 8 will form a larger or smaller solution angle between themselves, depending on the magnitude of the eccentricity

The larger the eccentricity

the smaller the angle between the masses 7, 8 and, accordingly, their compensating effect along the MK line is stronger. With this displacement of the rings 3, 4 and, accordingly, the masses 7, 8, the balancing of the rotating body in any of the planes perpendicular to the axis of rotation will automatically occur. After installing the rings 3, 4 in a position corresponding to the balance of the body 2, the vibration of the body 2 during rotation, and therefore the rotation of the rings 3, 4, automatically stops. Using the covers 11, 12, the rings 3, 4 without preload are limited in axial movement, after which the covers 11, 12 are fixed with screws 13, 14 on the threaded sections of the sleeve 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. It is obvious that the proposed device has the utmost simplicity of design, allows to completely exclude actuators for converting vibration into compensatory movement of eccentric masses, due to the novelty of the principle of operation of the proposed device. This fact allows you to improve the accuracy of balancing, the performance of the balancing process, to maximize the functionality of the device.

Claims (1)

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. A device for automatic balancing of rotating bodies, comprising a sleeve mounted on the shaft of the body being balanced, and two rings with eccentric masses mounted to fit with a gap on the outer surface of the sleeve with the possibility of rotation around its axis, characterized in that one of the diametrical halves of the inner cylindrical surface each ring is made with a significant coefficient of sliding friction greater than the coefficient of sliding friction of the other half of the surface of the ring, and the eccentric mass of the mouth ovlena on the outer surface of each ring in the region of the interface surfaces with different coefficients of friction.

Images