IT201800009107A1

IT201800009107A1 - Dispositivo e procedimento di equilibratura per corpo rotante

Info

Publication number: IT201800009107A1
Application number: IT102018000009107A
Authority: IT
Inventors: Gianni Trionfetti
Original assignee: Balance Systems Srl
Priority date: 2018-10-02
Filing date: 2018-10-02
Publication date: 2020-04-02
Also published as: EP3633341A1; US20200103304A1; US11300471B2

Description

DESCRIZIONE

DISPOSITIVO E PROCEDIMENTO DI EQUILIBRATURA PER CORPO ROTANTE

La presente invenzione ha per oggetto un dispositivo e procedimento di equilibratura del tipo precisato nel preambolo della prima rivendicazione.

In particolare, la presente invenzione ha per oggetto un dispositivo includente un sistema particolare di rilevamento vibrazioni atto a consentire una equilibratura ottimale di un corpo rotante.

Come noto, i dispositivi di equilibratura per corpi rotanti si avvalgono, generalmente, di sensori atti a misurare lo squilibrio del corpo rotante per poter correggere lo stesso. Tali sensori sono in genere accelerometri atti a misurare le vibrazioni.

Usualmente, il o i sensori atti a rilevare le vibrazioni a cui è eventualmente sottoposto il corpo rotante sono disposti sulla superficie esterna del corpo rotante e sono atti a valutare le vibrazioni lungo la direzione radiale rispetto allo stesso. Sostanzialmente, quindi, il sensore delle vibrazioni lavora perpendicolarmente rispetto all’asse di rotazione del corpo stesso in una direzione preferenziale.

Una volta rilevate le vibrazioni durante la rotazione, è possibile valutare l’entità, radialmente, dello sbilanciamento a cui è sottoposto il corpo rotante. Determinato lo sbilanciamento, è quindi possibile comandare le masse di equilibratura alloggiate all’interno del corpo rotante in maniera tale da esercitare una azione contraria allo sbilanciamento, così da annullare o comunque ridurre entro i limiti di tolleranza prestabili le vibrazioni associate al corpo.

La tecnica nota descritta comprende alcuni importanti inconvenienti.

In alcuni casi applicativi in macchina utensile, in particolare tipo rettificatrice, in particolare per ingranaggi, la tecnica nota descritta potrebbe risultare non ottimale a causa dell’assetto variabile dei corpi rotanti.

Pertanto, un inconveniente rilevante della tecnica nota è quello di non consentire, in ogni caso, il raggiungimento di una efficienza estremamente elevata e pressoché perfetta nella equilibratura dei corpi rotanti, se non in casi molto particolari.

In aggiunta, nelle macchine che lavorano i corpi rotanti ad assetto variabile, la direzione di taglio può dipendere dal pezzo in lavorazione, ad esempio dalla forma degli evolventi dei denti, e pertanto l’ottimizzazione dell’uso di un sensore monoassiale può essere fatta solo per un assetto specifico.

Per poter adeguare la macchina ai differenti assetti, l’ottimizzazione andrebbe ripetuta per ogni tipo di corpo o assetto e richiederebbe il riposizionamento fisico del sensore. Tuttavia, questo è impraticabile su macchine automatiche di questo tipo.

In questa situazione il compito tecnico alla base della presente invenzione è ideare un dispositivo di equilibratura per corpi rotanti in grado di ovviare sostanzialmente ad almeno parte degli inconvenienti citati.

Nell'ambito di detto compito tecnico è un importante scopo dell'invenzione ottenere un dispositivo di equilibratura che consenta di effettuare una equilibratura molto precisa del corpo in rotazione.

Un altro importante scopo dell'invenzione è realizzare un dispositivo di equilibratura che consenta di equilibrare efficientemente gli squilibri dovuti alle vibrazioni a cui è soggetto un corpo rotante in tempi molto ridotti.

In conclusione, un importante scopo dell’invenzione è realizzare un dispositivo che sia in grado di adeguarsi autonomamente ai differenti tipi di assetto dipendenti dal corpo in lavorazione senza richiedere il riposizionamento fisico.

Il compito tecnico e gli scopi specificati sono raggiunti da un dispositivo e procedimento di equilibratura come rivendicato nella annessa rivendicazione 1. Soluzioni tecniche preferite sono evidenziate nelle rivendicazioni dipendenti.

Le caratteristiche ed i vantaggi dell’invenzione sono di seguito chiariti dalla descrizione dettagliata di esecuzioni preferite dell’invenzione, con riferimento agli uniti disegni, nei quali:

la Fig. 1 mostra uno schema funzionale di un dispositivo di equilibratura secondo l’invenzione; e

la Fig. 2 illustra uno schema dei mezzi di elaborazione di un dispositivo di equilibratura secondo l’invenzione.

Nel presente documento, le misure, i valori, le forme e i riferimenti geometrici (come perpendicolarità e parallelismo), quando associati a parole come "circa" o altri simili termini quali "pressoché" o "sostanzialmente", sono da intendersi come a meno di errori di misura o imprecisioni dovute a errori di produzione e/o fabbricazione e, soprattutto, a meno di una lieve divergenza dal valore, dalla misura, dalla forma o riferimento geometrico cui è associato. Ad esempio, tali termini, se associati a un valore, indicano preferibilmente una divergenza non superiore al 10% del valore stesso.

Inoltre, quando usati, termini come “primo”, “secondo”, “superiore”, “inferiore”, “principale” e “secondario” non identificano necessariamente un ordine, una priorità di relazione o posizione relativa, ma possono essere semplicemente utilizzati per più chiaramente distinguere tra loro differenti componenti.

Le misurazioni e i dati riportati nel presente testo sono da considerarsi, salvo diversamente indicato, come effettuati in Atmosfera Standard Internazionale ICAO (ISO 2533:1975).

Con riferimento alle Figure, il dispositivo di equilibratura secondo l'invenzione è globalmente indicato con il numero 1.

Il dispositivo 1 preferibilmente è atto ad essere associato ad una macchina da lavorazione agente su un corpo rotante 4.

Il corpo rotante 4 può essere di qualsivoglia natura e può, ad esempio, essere un mandrino che porta un utensile di lavorazione, quale ad esempio una mola, ed atto ad interagire con un albero rotante comprendente uno o più ingranaggi o altri pezzi normalmente in lavorazione. La macchina da lavorazione può essere quindi una rettificatrice o può essere una macchina di altro tipo atta ad adoperare corpi rotanti 4 ad esempio per le lavorazioni di sottrazione.

Preferibilmente, il dispositivo 1 comprende dei mezzi di acquisizione 2.

I mezzi di acquisizione 2 sono atti a rilevare le sollecitazioni vibratorie generate durante la rotazione dal corpo rotante 4. Tali sollecitazioni vibratorie possono quindi estendersi in qualunque direzione. Ad esempio, esse possono estendersi radialmente rispetto al corpo rotante 4, oppure possono sviluppare delle componenti sostanzialmente parallele al corpo rotante 4 stesso.

Preferibilmente, i mezzi di acquisizione 2 sono configurati in maniera tale da consentire il rilevamento delle sollecitazioni vibratorie lungo almeno due direzioni di acquisizione reciprocamente sghembe.

Più nel dettaglio, i mezzi di acquisizione 2 sono configurati in maniera tale da consentire il rilevamento delle sollecitazioni vibratorie lungo tre direzioni di acquisizione reciprocamente perpendicolari e definenti una terna ordinata.

Al fine di rilevare le sollecitazioni lungo le differenti direzioni, i mezzi di acquisizione 2 possono comprendere uno o più sensori 20.

Il sensore 20 è un sensore atto a rilevare la sollecitazione vibratoria lungo almeno una direzione di acquisizione. Esso è preferibilmente un accelerometro.

Il dispositivo 1 può quindi includere una pluralità di sensori 20 per ciascuna delle direzioni di acquisizione, avendo sostanzialmente un sensore 20 dedicato in particolare ad una singola componente delle sollecitazioni vibratorie.

Oppure, il dispositivo 1 può includere un sensore 20 configurato per rilevare le componenti lungo tutte le direzioni di acquisizione delle sollecitazioni.

Nel dettaglio, il sensore 20 è preferibilmente un accelerometro di tipo pluriassiale, più preferibilmente biassiale e più preferibilmente ancora triassiale. Un esempio di tali sensori è dato da un accelerometro PCB-IMI modello 354C03.

Opportunamente, il sensore 20 è disposto sul corpo rotante 4 e si muove solidalmente ad esso in maniera tale da registrare tutte le vibrazioni del corpo rotante 4 stesso.

Il dispositivo 1 comprende, inoltre, dei mezzi di equilibratura 3.

I mezzi di equilibratura 3 sono teste di equilibratura note allo stato della tecnica attuale e possono includere tecnologie di vario tipo.

Ad esempio, le teste di equilibratura possono essere del tipo descritto nella domanda di brevetto EP-A-12187044, della richiedente stessa.

In generale, le teste di equilibratura sono degli apparati atti a compensare eventuali sollecitazioni vibratorie a cui è sottoposto il corpo rotante 4, per mezzo di masse mobili che compensano gli sbilanciamenti della forza.

I mezzi di equilibratura 3 vengono quindi disposti all’interno o in corrispondenza dell’albero di rotazione del corpo rotante 4, o anche all’esterno di esso.

Preferibilmente, i mezzi di equilibratura 3 definiscono un asse di equilibratura 3a. L’asse di equilibratura 3a corrisponde sostanzialmente con l’asse di rotazione del corpo rotante 4 ed è l’asse attorno al quale vengono movimentate le masse di bilanciamento.

Preferibilmente, i mezzi di equilibratura 3 sono atti, quindi, a consentire l’equilibratura del corpo rotante 4 attorno all’asse di equilibratura 3a.

Le almeno due direzioni di acquisizione dei mezzi di acquisizione 2, pertanto, preferibilmente definiscono un piano di acquisizione perpendicolare all’asse di equilibratura 3a.

Nel caso in cui i mezzi di acquisizione 2 definiscano una terna ordinata, opportunamente, una direzione di acquisizione può corrispondere con l’asse di equilibratura 3a.

Il dispositivo 1 comprende anche dei mezzi di elaborazione 5.

I mezzi di elaborazione 5 sono operativamente connessi ai mezzi di acquisizione 2 ed ai mezzi di equilibratura 3. In particolare, essi sono configurati per azionare i mezzi di equilibratura 3 in maniera tale da compensare le sollecitazioni vibratorie. Anche i mezzi di elaborazione 5 sono sostanzialmente noti allo stato della tecnica attuale e possono includere computer, CNC, ed altre tecnologie comuni.

Nel dettaglio, i mezzi di elaborazione 5 preferibilmente includono una pluralità di canali di comunicazione.

I canali di comunicazione consistono in connessioni elettroniche che collegano i mezzi di acquisizione ed i mezzi di equilibratura 3. Essi connettono, in particolare, i sensori 20 ai mezzi di elaborazione 5.

Inoltre, preferibilmente, ciascuno dei canali di comunicazione è associato ad una singola direzione di acquisizione. In tale maniera, i segnali relativi alle sollecitazioni vibratorie giungono ai mezzi di elaborazione 5 scomposti in canali separati. Possono, tuttavia essere previsti degli apparati elettronici aggiuntivi che consentano di effettuare il mixing delle componenti all’esterno dei mezzi di elaborazione 5 consentendo di portare ai mezzi di elaborazione 5 esclusivamente uno o più segnali risultanti.

Preferibilmente, i canali di comunicazione comprendono, ciascuno, almeno un interruttore ed un potenziometro. Tali interruttore e potenziometro possono quindi essere di tipo analogico o digitale.

Sostanzialmente, i mezzi di elaborazione 5 possono escludere il segnale relativo ad uno specifico canale, oppure possono attenuare il segnale con il potenziometro. Pertanto, i mezzi di elaborazione 5 sono in grado di pesare i segnali in ingresso relativi alle sollecitazioni vibratorie in relazione agli assetti del dispositivo 1.

In particolare, i mezzi di elaborazione 5 possono sostanzialmente selezionare le sollecitazioni vibratorie di interesse.

Preferibilmente, i mezzi di elaborazione 5 selezionano le sollecitazioni vibratorie che agiscono perpendicolarmente all’asse di equilibratura 3a. Se richiesto, essi possono selezionare esclusivamente tali sollecitazioni.

In ogni caso, i mezzi di elaborazione 5 consentono di escludere, includere o regolare ciascuna delle sollecitazioni vibratorie o, per meglio dire, delle componenti associate alla sollecitazione vibratoria globale nelle direzioni di acquisizione.

L’invenzione comprende un nuovo procedimento di equilibratura di un corpo rotante 4.

In particolare, il procedimento include il dispositivo 1 ed almeno una fase di acquisizione ed una fase di selezione.

Nella fase di acquisizione i mezzi di acquisizione 3 rilevano le sollecitazioni vibratorie lungo le direzioni di acquisizione, siano esse una, due, tre o più.

Nella fase di selezione i mezzi di elaborazione 5 selezionano le sollecitazioni vibratorie che agiscono in una direzione preferita, ad esempio perpendicolarmente, rispetto all’asse di equilibratura 3a. In tale maniera può essere definita l’effettiva componente di interesse rispetto al corpo rotante 4 in maniera tale da poter proporzionalmente azionare i mezzi di equilibratura 3.

In aggiunta, durante la fase di selezione, i mezzi di elaborazione 5 possono escludere, includere o regolare ciascuna delle sollecitazioni vibratorie. Pertanto, le varie componenti lungo le direzioni di acquisizione possono essere pesate, in base all’assetto del dispositivo 1, sia manualmente da parte di un operatore che automaticamente da parte dei mezzi di elaborazione 5.

Alternativamente, o in aggiunta, il procedimento potrebbe comprendere anche una fase di calcolo in cui viene determinata, tramite somma vettoriale, la sollecitazione vibratoria risultante.

Il dispositivo di equilibratura 1 secondo l’invenzione consegue importanti vantaggi. Infatti, il dispositivo 1 è in grado di seguire praticamente ogni assetto di lavoro della macchina da lavorazione senza dover posizionare manualmente i sensori 20 in dipendenza dall’assetto della macchina.

Pertanto, un vantaggio conseguente è quello di consentire un bilanciamento in lavorazione molto efficiente e con tempi di equilibratura molto ridotti.

Il dispositivo 1 consente di ottenere una grandissima precisione di equilibratura derivante dal fatto che eventuali vibrazioni fuori dal piano di sezione possono essere correttamente valutate e bilanciate considerando esclusivamente le componenti nel piano, ossia quelle di interesse e su cui possono agire le masse di bilanciamento all’interno delle teste di equilibratura.

L’invenzione è suscettibile di varianti rientranti nell'ambito del concetto inventivo definito dalle rivendicazioni.

In tale ambito tutti i dettagli sono sostituibili da elementi equivalenti ed i materiali, le forme e le dimensioni possono essere qualsiasi.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo (1) di equilibratura comprendente mezzi di acquisizione (2) atti a rilevare sollecitazioni vibratorie generate da detto corpo rotante (4) durante la rotazione, e caratterizzato dal fatto che detti mezzi di acquisizione (2) sono configurati in maniera tale da consentire il rilevamento di dette sollecitazioni vibratorie lungo almeno due direzioni di acquisizione reciprocamente sghembe.
2. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi di acquisizione (2) sono configurati in maniera tale da consentire il rilevamento di dette sollecitazione vibratorie lungo tre direzioni di acquisizione reciprocamente perpendicolari e definenti una terna ordinata.
3. Dispositivo (1) secondo almeno una rivendicazione precedente, comprendente dei mezzi di equilibratura (3) definenti un asse di equilibratura (3a) ed atti a consentire l’equilibratura di detto corpo rotante (4) attorno a detto asse di equilibratura (3a), in cui dette due direzioni di acquisizione definiscono un piano di acquisizione perpendicolare a detto asse di equilibratura (3a).
4. Dispositivo (1) secondo almeno una rivendicazione precedente, in cui detti mezzi di acquisizione (2) comprendono un sensore (20) configurato per rilevare le componenti lungo tutte le dette direzioni di acquisizione di dette sollecitazioni vibratorie.
5. Dispositivo (1) secondo almeno una rivendicazione precedente, in cui detti mezzi di acquisizione (2) comprendono un singolo sensore (20) per ciascuna di dette direzioni di acquisizione.
6. Dispositivo (1) secondo almeno una rivendicazione precedente, in cui detto sensore (20) è un accelerometro di tipo triassiale.
7. Dispositivo (1) secondo almeno una rivendicazione precedente, comprendente mezzi di elaborazione (5) includenti una pluralità di canali di comunicazione di cui ciascuno associato a una detta sollecitazione vibratoria in ciascuna di dette direzioni di acquisizione atti a connettere detti mezzi di acquisizione (2) e detti mezzi di elaborazione (5) ed includenti un interruttore ed un potenziometro.
8. Procedimento di equilibratura di un corpo rotante (4) includente un dispositivo (1) di equilibratura comprendente: - mezzi di acquisizione (2) atti a rilevare sollecitazioni vibratorie generate da detto corpo rotante (4) durante la rotazione lungo almeno due direzioni di acquisizione reciprocamente sghembe, - mezzi di equilibratura (3) definenti un asse di equilibratura (3a) ed atti a consentire l’equilibratura di detto corpo rotante (4) attorno a detto asse di equilibratura (3a), - mezzi di elaborazione (5) operativamente connessi a detti mezzi di acquisizione (2) e detti mezzi di equilibratura (3) configurati per azionare detti mezzi di equilibratura (3) in maniera tale da compensare dette sollecitazioni vibratorie, e detto procedimento essendo caratterizzato dal fatto di comprendere - una fase di acquisizione in cui detti mezzi di acquisizione (3) rilevano dette sollecitazioni vibratorie lungo dette direzioni di acquisizione, e - una fase di selezione in cui detti mezzi di elaborazione (5) selezionano dette sollecitazioni vibratorie che agiscono perpendicolarmente a detto asse di equilibratura (3a).
9. Procedimento secondo la rivendicazione precedente, in cui detti mezzi di elaborazione (5) comprendono una pluralità di canali di comunicazione di cui ciascuno associato a una detta sollecitazione vibratoria in ciascuna di dette direzioni di acquisizione atti a connettere detti mezzi di acquisizione (2) e detti mezzi di elaborazione (5) ed includenti un interruttore ed un potenziometro ed in detta fase di selezione detti mezzi di elaborazione (5) consentono di escludere, includere o regolare ciascuna di dette sollecitazioni vibratorie.
10. Procedimento secondo la rivendicazione precedente, comprendente una fase di calcolo in cui ciascuna di dette sollecitazioni viene sommata vettorialmente in maniera tale da definire una sollecitazione vibratoria risultante.