RU2010131C1

RU2010131C1 - Balancing method for machine members

Info

Publication number: RU2010131C1
Authority: RU
Inventors: И.П. Филонов; И.П. Петриковец; А.А. Черкас
Original assignee: Белорусская государственная политехническая академия
Priority date: 1989-04-14
Filing date: 1989-04-14
Publication date: 1994-03-30

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: method involves application of differential mechanism as additional facility one of whose steps is used to set member to be balanced in rotary motion and its other step is used to control its speed of rotation. In the process deviation of rotation speed of member being balanced from its mean steady-state speed is determined and error signal is used to control speed of member being balanced. EFFECT: improved reliability of balancing. 1 dwg

Description

Изобретение относится к способам уравновешивания подвижных элементов машин и может быть использовано в различных машинах с целью повышения эффективности уравновешивания для снижения вибрации и улучшения условий труда. The invention relates to methods for balancing the moving elements of machines and can be used in various machines in order to increase the efficiency of balancing to reduce vibration and improve working conditions.

Известны способы уравновешивания (Щепетильников В. А. Уравновешивание механизмов. М. : Машиностроение, 1982, 256 с. ), которые отличаются друг от друга методом установки корректирующих масс. Корректирующие массы могут быть установлены на звеньях самого уравновешиваемого механизма, на подвижных звеньях дополнительной кинематической цепи, вводимой в машину, и на неподвижном звене машины. Known methods of balancing (Schepetilnikov V. A. Balancing mechanisms. M.: Mechanical Engineering, 1982, 256 S.), which differ from each other by the installation of corrective masses. Corrective masses can be installed on the links of the most balanced mechanism, on the moving links of the additional kinematic chain introduced into the machine, and on the fixed link of the machine.

Уравновешивание известными способами ведет к увеличению габаритов машин, их массы и осуществляется без учета закона движения подвижного звена (элемента) исполнительного механизма машины, что снижает эффективность их уравновешивания. Balancing by known methods leads to an increase in the dimensions of machines, their mass, and is carried out without taking into account the law of motion of the movable link (element) of the actuator of the machine, which reduces the efficiency of their balancing.

Известен способ уравновешивания механизмов, которому главную корректирующую массу устанавливают на неподвижном звене, кинематически связывают ее с дополнительным элементом и вращают вокруг выбранного центра установки на неизменном расстоянии синхронно и в противофазе с подвижным звеном механизма, а в качестве дополнительного элемента используют шарнирный параллелограмм, и уравновешивают постоянную составляющую главного вектора и первую гармонику главного момента неуравновешенных сил инерции. A known method of balancing mechanisms, to which the main corrective mass is mounted on a fixed link, kinematically connect it with an additional element and rotate around the selected installation center at an unchanged distance synchronously and in phase with the moving link of the mechanism, and as an additional element use a hinged parallelogram, and balance the constant component of the main vector and the first harmonic of the main moment of unbalanced inertia forces.

Однако в виду того, что главный вектор сил инерции является переменным как по величине, так и по направлению и вращается с переменной угловой скоростью, а главный момент представляется в виде суммы составляющих его гармоник, нет соответствия при уравновешивании с неравномерностью вращения подвижного уравновешиваемого элемента, вращающегося с непостоянной угловой скоростью, то есть не учитывается закон движения подвижного звена механизма. Следует отметить также, что и постоянная составляющая главного вектора и первая гармоника главного момента неуравновешенных сил инерции уравновешиваются указанным способом не полностью, так как главную корректирующую массу вращают по окружности, а центр масс механизма, как известно, чаще всего движется по траектории, отличной от окружности. Кроме того, для привода корректирующей массы требуется дополнительный шарнирный четырехзвенный механизм (параллелограмм), в результате увеличиваются общая масса машины и затраты на точность при сборке и при изготовлении звеньев и их соединений, причем при движении дополнительного шатуна возникают неуравновешенные сила и момент силы инерции, а при движении дополнительных кривошипа и звена, несущего корректирующую массу, - неуравновешенный момент силы инерции. However, in view of the fact that the main vector of inertial forces is variable both in magnitude and in direction and rotates with a variable angular velocity, and the main moment is represented as the sum of its harmonics, there is no correspondence when balancing with the uneven rotation of the moving balanced element rotating with a variable angular velocity, that is, the law of motion of the moving link of the mechanism is not taken into account. It should also be noted that both the constant component of the main vector and the first harmonic of the main moment of unbalanced inertia forces are not completely balanced by the indicated method, since the main correcting mass is rotated around the circumference, and the center of mass of the mechanism, as is known, most often moves along a path different from the circle . In addition, to drive the corrective mass, an additional four-link articulated mechanism (parallelogram) is required, as a result, the total mass of the machine and the cost of accuracy in the assembly and manufacture of links and their joints increase, and when an additional connecting rod moves, unbalanced force and moment of inertia force arise, and when the additional crank and link carrying the corrective mass move, the unbalanced moment of inertia.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является способ уравновешивания сил инерции подвижных элементов машин, заключающийся в том, что уравновешиваемый элемент машины соединяют с аккумулирующим телом и приводят их во вращение, а в качестве аккумулирующего тела используют механизм с изменяемым радиусом центра масс, например центробежный регулятор. The closest in technical essence to the claimed object is a method of balancing the inertia of the moving elements of machines, which consists in the fact that the balanced element of the machine is connected to the storage body and rotate them, and as a storage body using a mechanism with a variable radius of the center of mass, for example centrifugal regulator.

Недостатком данного способа является то, что уравновешивание осуществляется дополнительными вращающимися массами, которые увеличивают приведенный момент инерции машины и ее общую массу, а тем самым увеличивают динамические нагрузки как при работе машины в установившемся режиме, так и при разгоне и торможении. Изменяющийся приведенный момент инерции машины не может обеспечить хотя бы среднюю (постоянную) угловую скорость подвижного (уравновешиваемого) элемента машины, возникает дополнительный неуравновешенный динамический момент сил инерции, снижается эффективность уравновешивания, точностная и прочностная долговечность машины, растут затраты на точность изготовления звеньев аккумулирующего механизма, их соединений и сборки, при уравновешивании не учитывается закон движения подвижного звена машины. The disadvantage of this method is that the balancing is carried out by additional rotating masses, which increase the reduced moment of inertia of the machine and its total mass, and thereby increase the dynamic loads both when the machine is operating in steady state and during acceleration and braking. The changing reduced moment of inertia of the machine cannot provide at least the average (constant) angular velocity of the moving (balanced) element of the machine, an additional unbalanced dynamic moment of inertia forces occurs, the balancing efficiency decreases, the accuracy and strength durability of the machine, and the cost of precision manufacturing of links of the accumulating mechanism increases, their connections and assemblies, when balancing does not take into account the law of motion of the moving link of the machine.

Целью изобретения является повышение эффективности уравновешивания. The aim of the invention is to increase the efficiency of balancing.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве дополнительного механизма используют дифференциальный механизм с двумя выходными звеньями, первое выходное звено которого соединяют с уравновешиваемым подвижным элементом и вращают его, регистрируют отклонение скорости вращения уравновешиваемого подвижного элемента от его средней скорости вращения установившегося движения и с его учетом через второе выходное звено передают дополнительное вращение уравновешиваемому подвижному элементу. The goal is achieved by the fact that as an additional mechanism, use a differential mechanism with two output links, the first output link of which is connected to a balanced movable element and rotate it, register the deviation of the rotation speed of the balanced movable element from its average speed of rotation of the steady-state movement and taking it into account the second output link transmit additional rotation to the balanced movable element.

На чертеже представлена принципиальная схема, поясняющая способ уравновешивания подвижных элементов машин. The drawing shows a schematic diagram explaining a method of balancing the moving elements of machines.

Электродвигатель 1 соединен с входным звеном дополнительного (дифференциального) механизма 2, первое выходное звено которого соединено с уравновешиваемым подвижным элементом 3 машины, ось вращения которого посредством шестерен 4 и 5 связана со статором 5 тахогенератора, а ротор 7 тахогенератора связан с электродвигателем 8. Электрический сигнал снимается токосъемником 9 при неравенстве частот вращения ротора 7 и статора 6 и через преобразователь 10 поступает на усилитель 11, а с него поступает на шаговый двигатель 12, вал которого соединен с червяком (на схеме не показан), входящим в зацепление с червячным колесом 13, которое зафиксировано (соединено) на втором выходном звене дифференциального механизма 2. The electric motor 1 is connected to the input link of the additional (differential) mechanism 2, the first output link of which is connected to a balanced movable element 3 of the machine, the axis of rotation of which is connected by means of gears 4 and 5 to the stator 5 of the tachogenerator, and the rotor 7 of the tachogenerator is connected to the electric motor 8. Electric signal is removed by the current collector 9 in case of an inequality in the rotational speeds of the rotor 7 and the stator 6 and through the converter 10 it enters the amplifier 11, and from it it enters the stepper motor 12, the shaft of which is connected to vyakom (not shown in the diagram) meshed with the worm wheel 13, which is fixed (connected) to the second output unit 2 of the differential mechanism.

Способ уравновешивания подвижных элементов машин осуществляется (работает) следующим образом. При уравновешивании уравновешиваемого подвижного элемента 3 машины вращают ротор 7 тахогенератора в одном направлении со скоростью статора и с одинаковой частотой, равной средней частоте вращения уравновешиваемого подвижного элемента машины. При изменении скорости вращения статора 6, то есть при отклонении частоты вращения уравновешиваемого подвижного элемента машины от его средней скорости установившегося движения, вызванным неуравновешенными силами инерции, обеспечивается относительный поворот статора 6 и ротора 7, при этом возникает электрический сигнал, пропорциональный разности угловых скоростей статора и ротора, который поступает с токосъемника 9 в преобразователь 10, усилитель 11 и шаговый двигатель 12, который вращает через червяк (закрепленный на валу двигателя 12) червячное колесо 13, вращение которого доворачивает уравновешиваемый подвижный элемент, то есть регулирует скорость вращения уравновешиваемого подвижного элемента, приближая (выравнивая) ее к средней скорости установившегося движения. Таким образом осуществляется уравновешивание сил инерции подвижных элементов машин, так как угловое ускорение подвижного (в данном случае вращающегося) элемента, а вернее динамический момент, его вызывающий, стремится к нулю. The method of balancing the moving elements of the machines is carried out (works) as follows. When balancing the balanced movable element 3 of the machine rotate the rotor 7 of the tachogenerator in the same direction with the speed of the stator and with the same frequency equal to the average frequency of rotation of the balanced movable element of the machine. When the rotation speed of the stator 6 changes, that is, when the rotation frequency of the balanced movable machine element deviates from its average steady-state speed caused by unbalanced inertia forces, a relative rotation of the stator 6 and rotor 7 is provided, and an electrical signal proportional to the difference in the angular velocities of the stator and the rotor, which comes from the current collector 9 to the converter 10, the amplifier 11 and the stepper motor 12, which rotates through the worm (mounted on the shaft of the motor 12) vyachnoe wheel 13, whose rotation dovorachivat balanced against the movable element, i.e. adjusts the rotational speed balanced by the movable member, bringing (aligning) of its average speed to the steady motion. Thus, the inertia forces of the moving elements of the machines are balanced, since the angular acceleration of the moving (in this case, rotating) element, or rather the dynamic moment that causes it, tends to zero.

По предлагаемому способу уравновешивания отсутствует (не используется) дополнительная (одна или несколько) корректирующая масса, которую обычно устанавливают на неподвижном звене, на звеньях самого уравновешиваемого механизма или на звеньях дополнительной кинематической цепи, вводимой в состав машины (уравновешиваемого механизма), что не ведет к увеличению общей массы машины (механизма) и не вызывает дополнительных нагрузок на звенья и кинематические пары как в процессе установившегося движения, так и в процессе разгона и торможения. According to the proposed method of balancing, there is no (not used) additional (one or more) corrective mass, which is usually installed on a fixed link, on the links of the balanced mechanism itself or on the links of the additional kinematic chain introduced into the machine (balanced mechanism), which does not lead to increase in the total mass of the machine (mechanism) and does not cause additional loads on the links and kinematic pairs in the process of steady motion, and in the process of acceleration and braking.

Поскольку нет дополнительной корректирующей массы, нет необходимости в дополнительных соединениях, а это исключает влияние погрешностей изготовления звеньев и их сборки. По предлагаемому способу уравновешивания используют электрические явления, а не дополнительные корректирующие массы, что делает предлагаемый способ уравновешивания безинерционным. Since there is no additional corrective mass, there is no need for additional connections, and this eliminates the influence of errors in the manufacture of links and their assembly. According to the proposed balancing method, electrical phenomena are used, rather than additional corrective masses, which makes the proposed balancing method non-inertial.

В схему по предлагаемому способу уравновешивания включены токосъемник, преобразователь и усилитель, что позволяет реализовать автоматическое управление уравновешиванием подвижных элементов машин. (56) Авторское свидетельство СССР N 523213, кл. F 16 F 15/22, 1976. A current collector, a converter and an amplifier are included in the circuit according to the proposed balancing method, which makes it possible to realize automatic control of balancing the moving elements of machines. (56) Copyright certificate of the USSR N 523213, cl. F 16 F 15/22, 1976.

Claims

METHOD FOR BALANCING MOBILE ELEMENTS OF MACHINES, namely, that a balanced movable element is connected to an additional mechanism, characterized in that, in order to increase the efficiency of balancing, a differential mechanism with two output links is used as an additional mechanism, the first output link to which is connected element and rotate it, register the deviation of the rotational speed of the balanced movable element from its average rotational speed by setting motion and with it, through the second output link transmit additional rotation to a balanced movable element.