LV15247B

LV15247B - Toroidal balancing device for rotary units

Info

Publication number: LV15247B
Application number: LVP-17-01A
Authority: LV
Inventors: Guntis STRAUTMANIS; ValentÄ«na STRAUTMANE; Mareks MEZÄŖTIS; Alexander Nikolaevich GORBENKO
Original assignee: Rīgas Tehniskā Universitāte
Priority date: 2017-01-04
Filing date: 2017-01-04
Publication date: 2018-07-20
Also published as: LV15247A

Abstract

The invention refers to the engineering industry and in particular — mechanisms with unbalanced rotors and their automatic balancers. The invention is a rotor balancing device which comprises a toroidal housing containing at least two spherical bodies. The acceleration surface of the spherical bodies on the inside of the housing is designed coarser than the operating surface on the periphery of the inside surface of the housing, and it is additionally treated by polishing it, thereby ensuring minimum rolling friction between the spherical bodies and the balancing device during operation. This ensures that devices with unbalanced rotating masses reach optimum operating conditions faster, and vibrations during the transitional and operating mode are reduced. The invention can be used in washing machines with centrifuges, in industrial centrifuges, hand-held instruments, CD/DVD players and in other applications.

Description

IZGUDROJUMA APRAKSTS [001] Izgudrojums attiecas uz mašīnbūves un mašīnzinību nozari un paredzēts iekārtām ar rotējošiem nelīdzsvarotiem rotoriem automātiskai balansēšanai.DESCRIPTION OF THE INVENTION The invention relates to the mechanical engineering and mechanical engineering sector and is intended for automatic balancing machines with rotating unbalanced rotors.

[002] Ir zināmas automātiskās balansēšanas ierīces ar taisnstūra korpusa šķērsgriezuma formu, kurā brīvi pārvietojas koriģējoši lodveida ķermeņi [1-3]. To trūkums ir tas, ka koriģējošiem lodveida ķermeņiem pāreju un darba režīmos ir divi kontaktpunkti ar korpusu. Ierīces trūkums ir arī tas, ka korpuss ir piepildīts ar šķidru vielu.Automatic balancing devices having a rectangular cross-sectional shape in which corrective ball bodies move freely are known [1-3]. Their disadvantage is that the corrugated spherical bodies have two contact points with the housing in transition and operating modes. Another disadvantage of the device is that the body is filled with liquid.

[003] Pēc konstruktīvā risinājuma vistuvākais piedāvātajam izgudrojumam ir automātiskais balansieris [4], kurš sastāv no ar eļļu piepildīta korpusa un tajā ievietotiem koriģējošajiem lodveida ķermeņiem, kuri darba režīmā izvietojas uz toroidālas virsmas (prototips). Prototipa trūkums ir tāds, ka to izmantojot rotējošu elementu līdzsvarošanai, koriģējošajiem lodveida ķermeņiem rodas papildu pretestības spēks no korpusā iepildītās eļļas, kas nedod koriģējošajiem lodveida ķermeņiem iespēju ieņemt optimālu darba režīma stāvokli sakarā ar to, ka pretestības spēks samazina balansēšanas ierīces jutīgumu. Tas ir saistīts ar to, ka uz koriģējošajiem lodveida ķermeņiem iedarbojas spēks, kas cenšas to pārvietot tuvāk optimālajai vietai, bet, jo tuvāk lodveida ķermenis pietuvojas pie tās vietas, jo spēks paliek mazāks. Ja balansēšanas ierīcē pretestības spēks, kas darbojas uz koriģējošu lodveida ķermeni kļūst lielāks, tad tas apstājas tālāk no optimālās vietas. Tajā pašā laikā koriģējoši lodveida ķermeņi nespēj paātrināties līdz rotora ātrumam, nekontaktējot ar balansēšanas ierīces korpusu divos punktos, kas izraisa papildu virsmas nodilumu.[003] According to the embodiment, the closest invention to the invention is an automatic balancer [4], which consists of an oil-filled body and corrective spherical bodies placed thereon on a toroidal surface (prototype). A disadvantage of the prototype is that when used to balance the rotating elements, the corrective ball bodies generate additional resistance force from the oil filled in the housing, which does not allow the corrective ball bodies to occupy an optimum operating state due to the resistance of the balancer. This is due to the fact that the correcting spherical bodies are subjected to a force which tries to move it closer to the optimum position, but the closer the spherical body approaches its place, the less the force remains. If, in the balancing device, the resistance force acting on the correcting spherical body becomes greater, it stops farther from the optimum location. At the same time, the correcting spherical bodies cannot accelerate to the rotor speed without contacting the balancer housing at two points, which causes additional surface wear.

[004] Izgudrojuma mērķis ir koriģējošo lodveida ķermeņu paātrinājuma līdz rotora ātrumam nodrošināšana un rotora vibrāciju samazināšana ar balansēšanas ierīces korpusa iekšējo koriģējošo lodveida ķermeņu ieskriešanās un darba virsmu dažādu velšanās berzes koeficienta lielumu, kas nodrošina dažādu berzes spēku. Piedāvātajam izgudrojumam balansēšanas ierīce sastāv no toroidāla korpusa, kuram iekšējās virsmas šķērsgriezums ir aplis un kurā brīvi pārvietojas vismaz divi koriģējoši lodveida ķermeņi. Toroidāla automātiskās balansēšanas ierīces korpusa forma dod iespēju līdz minimumam samazināt berzes spēka lielumu, kas nodrošina nelīdzsvaroto masu balansēšanu. Korpusā ir ievietoti koriģējoši lodveida ķermeņi ar noteiktu rādiusu. Lai paātrinātu koriģējošo lodveida ķermeņu iziešanu uz balansēšanas režīmu un ar to kompensētu rotora disbalansu, balansēšanas ierīces korpusa ieskriešanās virsma izgatavota ar lielāku raupjumu, savukārt balansēšanas ierīces korpusa ieskriešanās darba virsma izgatavota ar mazāku raupjumu un papildus tiek apstrādāta (tas nodrošina virsmām dažādu berzes koeficienta lielumu), tādejādi nodrošinot minimālu berzes speķu starp koriģējošajiem lodveida ķermeņiem un balansēšanas ierices korpusu darba režīmā.The object of the invention is to provide acceleration of the correcting ball bodies to the rotor speed and to reduce the vibration of the rotor by varying the amount of rolling friction coefficient of the internal correcting ball bodies and the working surfaces of the balancing device to provide different frictional forces. In the present invention, the balancing device consists of a toroidal body having a circular cross-section of its inner surface, in which at least two correcting spherical bodies move freely. The toroidal auto-balancer body shape allows the friction force to be minimized, providing unbalanced mass balancing. Inside the housing are corrected spheres with a certain radius. In order to accelerate the corrective ball body to the balancing mode and thereby compensate the rotor imbalance, the balancer body running surface has a higher roughness, while the balancer body running surface has a lower roughness and is further processed (providing different friction coefficients for surfaces) , thus ensuring a minimum frictional friction between the correcting ball bodies and the body of the balancing device in operating mode.

[005] Izgudrojuma izpratnei ir pievienoti sekojoši zīmējumi:[005] The following drawings are attached to the understanding of the invention:

1. zīm. Balansēšanas ierīce (kopskats): korpuss (1); koriģējoši lodveida ķermeņi (2); virsma ar palielinātu raupjumu (ieskriešanās virsma) (3); virsma ar samazinātu raupjumu (darba virsma) (4).Fig. 1 Balancing device (general view): housing (1); corrective ball bodies (2); surface with increased roughness (running surface) (3); surface with reduced roughness (work surface) (4).

2a. zīm. Sākuma nosacījumi pēc fāzu koordinātēm Ψ un Ψ’ pie a=0 un a’=0 ar velšanās berzes koeficientu k=10'⁴ m.2a. fig. Starting conditions according to phase coordinates Ψ and Ψ 'at a = 0 and a' = 0 with a rolling friction coefficient k = 10 ' ⁴ m.

2b. zīm. Sākuma nosacījumi pēc fāzu koordinātēm Ψ un Ψ’ pie a=0 un a’=0 ar velšanās berzes koeficientu k=10'⁵ m.2b. fig. Starting conditions according to phase coordinates Ψ and Ψ 'at a = 0 and a' = 0 with a rolling friction coefficient k = 10 ' ⁵ m.

[006] Piedāvātā balansēšanas ierīces konstrukcija sastāv no sekojošiem elementiem (1. zīm.): korpusā (1) ar diametru D izvietoti koriģējoši lodveida ķermeņi (2) ar diametru d, kas brīvi pārvietojas (koriģējošā lodveida ķermeņa diametrs d ir mazāks par korpusa diametru D, t.i. d<D). Rotora paātrinājuma gaitā koriģējošie lodveida ķermeņi (2) kustas pa ieskriešanās virsmu (3) ar palielinātu raupjumu un šķērso darba virsmu (4), kurai raupjums ir mazāks, kā rezultātā pretestības spēks starp koriģējošajiem lodveida ķermeņiem (2) un toroidālā korpusa ieskriešanās virsmu (3) palielinās. Palielinātais pretestības spēks paātrina koriģējošos lodveida ķermeņus (2) līdz balansiera korpusa ātrumam. Korpusa (1) iekšējās virsmas šķērsgriezums piedāvātajā balansēšanas ierīcē ir aplis ar diametru D (l.zīm.), un korpusa (1) iekšējās virsmas šķērsgriezuma un koriģējošo lodveida ķermeņu (2) diametru attiecība ir lielāka par vismaz 1,4 t.i. D>l,4 d vai lielāka par 1,0 un mazāka par 1,15, t.i. d<D<l,15 d. Darba virsmas zonas (4) platums nav lielāks par koriģējošo lodveida ķermeņu (2) diametru. Jāatzīmē, ka darba virsmas zona (4) atrodas uz korpusa (1) iekšējās virsmas perifērijas (1. zīm.).The proposed structure of the balancing device consists of the following elements (Fig. 1): Correcting spherical bodies (2) with diameter d arranged in the housing (1) with diameter D (correcting spherical body diameter d is smaller than the diameter of the housing). D, ti d <D). During rotor acceleration, the correcting spherical bodies (2) move along the running surface (3) with increased roughness and cross the working surface (4) with less roughness, resulting in a resistance force between the correcting spherical bodies (2) and the toroidal body running surface (3). ) increases. The increased resistance force accelerates the correcting spherical bodies (2) to the speed of the balancer body. The cross-section of the inner surface of the body (1) in the proposed balancing device is a circle of diameter D (Fig. 1), and the ratio of the cross-section of the inner surface of the body (1) to the diameter D > 1.4 d or greater than 1.0 and less than 1.15, i.e. d <D <l, 15 d. The width of the working surface area (4) shall not exceed the diameter of the correcting spherical bodies (2). It should be noted that the working surface area (4) is located on the periphery of the inner surface of the housing (1) (Fig. 1).

[007] Prototipā palielināto pretestības spēku nodrošina korpusā iepildītā eļļa, kas turpina ietekmēt efektīvo balansiera darbību arī darba režīmā un nedod iespēju koriģējošajiem lodveida ķermeņiem ieņemt optimālo darba stāvokli. Izgudrojumā tuvojoties darba režīmam, kad palielinās centrbēdzes spēks, koriģējošie lodveida ķermeņi (2) pāriet uz darba virsmu (4) un apstājas attiecībā pret rotējošo korpusu optimālā vietā pretī rotora disbalansam, ko nodrošina samazinātie pretestības spēki (velšanās berzes koeficients, к<10⁵ m) starp darba virsmu (4) un koriģējošajiem lodveida ķermeņiem (2). Šajā brīdī darbojas tikai rotācijas pretestības spēki. Rotora bremzēšanas laikā koriģējošie lodveida ķermeņi noiet no darba virsmas (4) un, pārvietojoties uz virsmu (3) (velšanās berzes koeficients, k>3· 10'⁵ m), ātri apstājas palielinātā pretestības spēka dēļ.The increased resistance of the prototype is provided by the oil filled in the housing, which continues to affect the effective operation of the balancer even in the operating mode and does not allow the corrective ball bodies to reach the optimum operating position. As the invention approaches operating mode with increasing centrifugal force, the correcting ball bodies (2) move to the work surface (4) and stop relative to the rotating body at an optimum location opposite to the rotor imbalance provided by the reduced drag forces, friction coefficient к <10 ⁵ m. ) between the work surface (4) and the corrective ball bodies (2). At this point, only rotational resistance forces are applied. During rotor braking, the correcting spherical bodies exit the work surface (4) and, when moving to the surface (3) (friction coefficient of friction, k> 3 · 10 ' ⁵ m), stop rapidly due to the increased resistance force.

[008] Tā kā balansiera korpusam un koriģējošajiem lodveida ķermeņiem ir asinhrona rotācija, rotora paātrinājuma rezultātā un bremzēšanas laikā koriģējošie lodveida ķermeņi būtiski neietekmē ekvivalento disbalansa lielumu, kā rezultātā samazinās pārvietojumi rezonansē. Izgudrojuma izmantošana nodrošina vibrāciju samazināšanu mašīnās ar rotējošām masām pārejas un darba režīmos, piemēram, slīpēšanas diski, CD disku skaņotāji un citas.Because of the asynchronous rotation of the balancer body and the correcting spherical bodies, as a result of the rotor acceleration and during braking, the correcting spherical bodies do not significantly affect the magnitude of the equivalent imbalance resulting in reduced resonance displacements. The use of the invention provides vibration reduction in machines with rotating masses in transition and operating modes, such as grinding wheels, CD tuners and others.

[009] Salīdzinājumā ar prototipu piedāvātajā ierīcē nav vajadzīgs piepildīt autobalansēšanas ierīces korpusu ar eļļu, lai paātrinātu koriģējošus lodveida ķermeņus. Tas aizsargā ierīci no eļļas noteces un samazina ražošanas un ekspluatācijas izdevumus.[009] Compared to the prototype, the proposed device does not need to fill the body of the auto-balancer with oil to accelerate the correcting spherical bodies. This protects the device from oil leakage and reduces production and operating costs.

INFORMĀCIJAS AVOTI [010]SOURCES OF INFORMATION [010]

1. Филимонихин Г.Б. „Уравновешивание и виброзащита роторов пассивными автобалансирами”, Автореф. дис. на соиск. учен. степ, д-ра техн, наук: 05.02.09 Динамика и прочность машин, Национальный технический университет Украины Киевский политехнический институт, Киев, 2005. -44 с.1. Philimichin G.G. "Urology and Vibration in Pathology," Avterf. yeah. на соиск. учен. степ, д-ра техн, наук: 02/05/09 Динамика и прочность машин, Нитинический икини и техника.

2. Горбенко А.Н. „Об условиях устойчивости автобалансировки ротора шарами или маятниками”, Вибрации в технике и технологиях - 2008. - №1 (50). - с. 16-21.2. Gorbenko A.N. "Об сливиях стойчивости автобалансировки ротора шарами или маятниками", Вибрации в технике и технолия (2008). - с. 16-21.

3. Филимонихин Г.Б. „Универсальный стенд для исследования динамики пассивных автобалансиров и его апробация шаровым автобалансиром”, Зб1рник наукових праць КДТУ. - 2001. Вип. №9, - с.101-107.3. Phillimonichin G.G. "Универсальный стенд для исследования динамики пассивных автобалансиров иго апробации сарованиции". - 2001. Вип. №9, - с.101-107.

4. Patent 2002/0056338 Al US. „Cost effective and reliable automatic balansier for high speed applications”, patent 2002/0056338 Al US, Stefan Olausson, Anders Hagglund, Paul Wierzba. Appl. No. - 60/216,152. Filed Jul. 3, 2000. Patented May 16, 2002. (prototips)4. Patent 2002/0056338 Al US. Cost effective and reliable automatic balancer for high speed applications, Patent 2002/0056338 Al US, Stefan Olausson, Anders Hagglund, Paul Wierzba. Appl. No. - 60 / 216,152. Filed Jul. 3, 2000. Patented May 16, 2002. (Prototype)

Claims

A rotary rotor balancing device consisting of a toroidal body (1) having an inner surface of a circle of diameter D and having at least two adjusting spherical bodies (2) of diameter d moving freely, wherein the inner surface of the housing (1) comprising a running surface area (3) and a working surface area (4) having a lower surface roughness than the running surface area (3), wherein the width of the working surface area (4) is not larger than the diameter of the correcting spherical bodies (2) and the work surface area (4) is located on the periphery of the inner surface of the housing (1).

Balancing device according to claim 1, characterized in that the inner surface of the housing (1) is a circle and the ratio of the inner surface of the housing (1) to the diameter of the correcting spherical bodies (2) is greater than at least 1.4, i.e.. D> 1.4 d.

Balancing device according to Claim 1, characterized in that the inside surface of the housing (1) is a circle and the ratio of the inside surface of the housing (1) to the diameter of the correcting spherical bodies (2) is greater than 1.0 and less than 1.15, i.e. d <D <l, 15 d.