CN108443412A - 一种动态自补偿平衡结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动态自补偿平衡结构，包括内环套、外环套以及若干弹性元件，若干弹性元件位于内环套外壁与外环套内壁之间，若干弹性元件一端与内环套外壁固定连接，若干弹性元件另一端与外环套内壁固定连接，内环套通过若干所述弹性元件与外环套活动连接，通过弹性元件将内环套与外环套弹性连接起来，无需外部能源，完全依靠离心力的驱动使内外环套之间发生位移，而离心力又与转速有关，转速越大，离心力越大，转速越小，离心力越小；所以在轴系的转速发生变化时，无需停机重新对轴系进行平衡试验，该动态自补偿平衡结构能随转速的变化自行调整补偿质量的位置，从而使旋转的轴系达到平衡，进而能保障机加工的性能。

Description

一种动态自补偿平衡结构

技术领域

本发明涉及对旋转轴系的平衡结构，尤其涉及一种动态自补偿平衡结构。

背景技术

在机械加工行业，轴系是一个非常重要的组件，并且随着加工向小型化、精密化发展，需要的加工转速也越来越高。由于轴系本身可能因为不对称的结构设计、制造与安装误差、材质和受热不均、零部件磨损、松动以及脱落等。轴系会偏心形成离心惯性力，使轴产生挠曲及形成内应力，导致轴系的振动，并且由于离心惯性力与转速的平方成正比，所以，随着轴系转速的越来越高，离心惯性力也随之增大，动不平衡量导致轴系的振动也就越来越大。

目前对轴系不平衡的解决办法，一方面主要是在对轴系生产的过程中，提高零件的尺寸精度、公差精度等来保证，另一方面是通过常规平衡法对轴系进行平衡，即通过试加重、试运行以及振动测试等步骤且多次循环来达到轴系平衡。然而，提高零件的尺寸精度、公差精度等方式会大幅提高制造成本；常规平衡法需要多次启停机，停机时间长、工作量大并且在转速变化时需要再次平衡，不利于提高生产的效率。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种动态自补偿平衡结构，可以随转速的变化自行调整补偿质量的位置，改变轴系的质量分布，实现轴系的平衡。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

一种动态自补偿平衡结构，包括内环套、外环套以及若干弹性元件，若干所述弹性元件位于所述内环套外壁与所述外环套内壁之间，若干所述弹性元件一端与所述内环套外壁固定连接，若干所述弹性元件另一端与所述外环套内壁固定连接，所述内环套通过若干所述弹性元件与所述外环套活动连接。

进一步地，若干所述弹性元件均匀分布设置在所述内环套外壁与所述外环套内壁之间。

进一步地，还包括阻尼元件，所述阻尼元件位于所述内环套外壁与所述外环套内壁之间，所述阻尼元件一端与所述内环套外壁固定连接，所述阻尼元件另一端与所述外环套内壁固定连接。

进一步地，所述阻尼元件与若干所述弹性元件数目相等，且均匀分布设置在所述内环套外壁与所述外环套内壁之间。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

通过弹性元件将内环套与外环套弹性连接起来，无需外部能源，完全依靠离心力的驱动使内外环套之间发生位移，而离心力又与转速有关，转速越大，离心力越大，转速越小，离心力越小；所以在轴系的转速发生变化时，无需停机重新对轴系进行平衡试验，该动态自补偿平衡结构能随转速的变化自行调整补偿质量的位置，从而使旋转的轴系达到平衡，进而能保障机加工的性能。

附图说明

图1为本发明动态自补偿平衡结构内环安装方式；

图2为本发明动态自补偿平衡结构外环安装方式；

图3为本发明动态自补偿平衡结构截面示意图；

图4为未引入本发明动态自补偿平衡结构的轴系状态示意图；

图5为本发明动态自补偿平衡结构进行平衡补偿后的轴系状态示意图。

图中：1、内环套；2、外环套；3、弹性元件；4、阻尼元件；5、轴系。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

如图3所示的动态自补偿平衡结构，包括内环套1、外环套2以及若干弹性元件3，若干弹性元件3位于内环套1外壁与外环套2内壁之间，若干弹性元件3一端与内环套1外壁固定连接，若干弹性元件3另一端与外环套2内壁固定连接，内环套1通过若干弹性元件3与外环套2活动连接。

通过弹性元件3将内环套1与外环套2弹性连接起来，无需外部能源，完全依靠离心力的驱动使内外环套2之间发生位移，而离心力又与转速有关，转速越大，离心力越大，转速越小，离心力越小；所以在轴系5的转速发生变化时，无需停机重新对轴系5进行平衡试验，该动态自补偿平衡结构能随转速的变化自行调整补偿质量的位置，从而使旋转的轴系5再次达到平衡，进而能保障机加工的性能，结构简单，造价低廉。

如图1-2所示，该动态自补偿平衡结构可以根据实际需求采用内环套安装的方式，和外环套安装的方式；当采用内环套安装的方式时，即内环套1内壁套接在轴系5上，外环套2通过弹性元件3与内环套1外壁活动连接，轴系5在旋转时，内环套1相对于轴系5静止，而外环套2因为离心力的作用发生为位移，从而补偿轴系5本身的不平衡量，使轴系5达到平衡；当采用外环套安装的方式时，即外环套2外壁套接在轴系5内，内环套1通过弹性元件3与外环套2活动连接，轴系5在旋转时，外环套2相对于轴系5静止，而内环套1因为离心力的作用发生位移，从而补偿轴系5本身的不平衡量，使轴系5达到平衡。

如图4所示，在利用常规的平衡方法进行平衡后，并且未引入本发明动态自补偿平衡结构时，轴系5的状态示意图，其中O1为轴系5整体的形状中心位置，A为轴系5理论质量中心位置，B为常规平衡方法平衡后确定的不平衡补偿量的位置，O2为用常规平衡方法平衡后轴系5整体的质量中心的位置。之所以O1、O2没有重合，是因为精度和误差的限制，没法使O1、O2重合。所以轴系5在旋转时，轴系5会承受由不平衡量引起的离心力。

该离心力：

F＝M*O1O2*w^2＝MB*O1B*w^2；式中M为轴系5的整体质量，MA为轴系5的不平衡质量，MB为常规平衡方法测试后确定的补偿质量，w为轴系5的旋转速度。由于轴系5旋转过程中，轴系5旋转中心有从形状中心向质量中心偏移的趋势，所以轴系5整体的形状中心位置到轴系5理论质量中心位置的距离有增大的趋势，轴系5整体的形状中心位置到常规平衡方法平衡后确定的不平衡补偿量的位置的距离有减小的趋势，即O1A有增大至O2A的趋势，同时O1B有减小至O2B的趋势，因此由不平衡量引起的离心力F会随着转速w的提高而急剧增大，使得轴系5变得非常不稳定。

如图5所示，在引入动态自补偿平衡结构进行平衡补偿后，轴系5的状态示意图，其中O1为轴系5整体形状中心位置，A为轴系5理论质量中心位置，C为动态自补偿平衡结构引入后不平衡补偿量位置，O2为动态自补偿平衡结构引入后，A、C综合作用下轴系5整体质量中心位置。那么在引入动态自补偿平衡结构后，轴系5承受的由不平衡量引起的离心力：

F’＝M*O1O2*w^2＝MA*O1A*w^2-MC*O1C*w^2；式中M为轴系5的整体质量，MA为轴系5的不平衡量，MC为动态自补偿平衡结构引入后的补偿质量。当转速提高时，由于轴系5不平衡的影响，所以C存在向C’偏移、O2存在向O2’偏移的趋势；同时轴系5的旋转中心从形状中心向质量中心偏移时，同上，O1A有增大至O2A的趋势，O1C有减小至O2C的趋势；二者同时作用下，O1A趋于O2’A，O1C趋于O2’C’，那么F’的变化会更小、更缓和，不会出现急剧上升的趋势，所以相比没有安装动态自补偿结构的轴系5，会更加稳定。

如图3所示的动态自补偿平衡结构，具体地，若干弹性元件3均匀分布设置在内环套1与外环套2之间，均匀分布的弹性元件3可以让内环套1与外环套2之间的相对运动更为平稳，可以在进行自补偿平衡的过程中让轴系5更加稳定。

更具体地，还包括阻尼元件4，阻尼元件4设置在内环套1与外环套2之间，阻尼元件4可以消耗内环套1或外环套2发生位置变化时的振动能量，进一步保证轴系5的稳定；更具体地，阻尼元件4与弹性元件3数目相等，且均匀分布设置在内环套1与外环套2之间，这样每一个弹性元件3发生压缩或者拉伸时，都有相应的阻尼元件4与之相互作用，使得内环套1与外环套2之间的振动更小，更进一步的保证了轴系5的稳定。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种动态自补偿平衡结构，其特征在于：包括内环套、外环套以及若干弹性元件，若干所述弹性元件位于所述内环套外壁与所述外环套内壁之间，若干所述弹性元件一端与所述内环套外壁固定连接，若干所述弹性元件另一端与所述外环套内壁固定连接，所述内环套通过若干所述弹性元件与所述外环套活动连接。

2.如权利要求1所述的动态自补偿平衡结构，其特征在于：若干所述弹性元件均匀分布设置在所述内环套外壁与所述外环套内壁之间。

3.如权利要求1所述的动态自补偿平衡结构，其特征在于：还包括阻尼元件，所述阻尼元件位于所述内环套外壁与所述外环套内壁之间，所述阻尼元件一端与所述内环套外壁固定连接，所述阻尼元件另一端与所述外环套内壁固定连接。

4.如权利要求3所述的动态自补偿平衡结构，其特征在于：所述阻尼元件与若干所述弹性元件数目相等，且均匀分布设置在所述内环套外壁与所述外环套内壁之间。