RU2147733C1

RU2147733C1 - Device for object balancing

Info

Publication number: RU2147733C1
Application number: RU99118449/28A
Authority: RU
Inventors: А.В. Корчагин; В.И. Сербин
Original assignee: Корчагин Александр Васильевич; Сербин Владимир Иванович
Priority date: 1999-08-31
Filing date: 1999-08-31
Publication date: 2000-04-20

Abstract

FIELD: balancing equipment. SUBSTANCE: invention can find use for balancing of rotors, shafts, wheels, turbines and other objects requiring balancing. Proposed device includes body housing shaft interacting with drive, mounted with its ends in antifriction bearings for displacement relative to shaft axis and composed of two parts placed on both sides of object, centering mechanisms positioned on both sides of object and aid registering balanced position of object. Device also has aid measuring unbalance. Ends of shaft have shape of part of sphere. Antifriction bearings are supplemented with mechanisms returning shaft to initial position. Each centering mechanism has two mutually perpendicular lead screws with weights mounted on them for movement along screws, four rollers kinematically coupled to ends of screws and centering ring placed coaxially to shaft on body and having profiled surface on outside at level of rollers. Rollers are set with clearance relative to centering rings. EFFECT: simplified balancing process and increased precision of it. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано при балансировке роторов, валов, колес, турбин и других объектов, требующих балансировки. The invention relates to balancing technique and can be used for balancing rotors, shafts, wheels, turbines and other objects requiring balancing.

Известно балансирующее устройство роторов при вращении, содержащее систему измерения дисбаланса и управления процессом балансировки, связанный с ней блок расплавления проволоки, выполненный в виде двух дисков с зажимами по периферии, обращенных друг к другу торцевыми поверхностями, а их оси вращения параллельны, и привода дисков во вращение [Авторское свидетельство СССР N 1195204, кл. G 01 M 1/38, от 1984 г.]. A balancing device of rotors during rotation is known, comprising a system for measuring imbalance and controlling the balancing process, a wire melting unit connected to it, made in the form of two disks with clamps on the periphery facing each other with end surfaces, and their axis of rotation parallel to the drive axis in rotation [USSR Author's Certificate N 1195204, cl. G 01 M 1/38, from 1984].

Устройство также содержит установленные на одном из дисков два электрически изолированных, токоподводящих коаксиальных кольца, с которыми через один связаны зажимы того же диска, соединенные с системой измерения дисбаланса и управления процессом балансировки два датчика и взаимодействующих с ними, установленные соосно диску с кольцами и жестко связанные с последним делительный диск с отверстиями, число которых равно числу зажимов этого диска. Привод дисков выполнен в виде ременной передачи и связанного с ней и с системой измерения дисбаланса и управления процессом балансировки регулируемого двигателя постоянного трока. The device also contains two electrically isolated, current-carrying coaxial rings mounted on one of the disks, with which the clamps of the same disk are connected through one, connected to the imbalance measuring and balancing control system, two sensors and interacting with them, mounted coaxially to the disk with rings and rigidly connected with the last dividing disk with holes, the number of which is equal to the number of clamps of this disk. The disk drive is made in the form of a belt drive and associated with it and with the system for measuring the imbalance and controlling the process of balancing the adjustable constant-current engine.

Однако известное устройство имеет следующие недостатки:
балансируемый ротор должен быть полым, что ограничивает область применения известного устройства;
ни на все материалы возможно нанесение и надежное сцепление с ними расплавленных капель металла.However, the known device has the following disadvantages:
the balanced rotor must be hollow, which limits the scope of the known device;
not all materials can be applied and reliably adhere to molten metal drops.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является балансирующее устройство объекта (роторов), включающее корпус, размещенные в нем вал, взаимодействующий с приводом, установленный своими концами в подшипниках вращения с возможностью смещения относительно оси вала и состоящий из двух частей, расположенных по обе стороны объекта, центрирующие механизмы, расположенные с вышеназванных сторон объекта, и средство фиксации отбалансированного положения объекта [Авторское свидетельство СССР N 1232971, кл. G 01 M 1/38, от 1984 г.]. The closest technical solution to the proposed one is the balancing device of the object (rotors), including a housing, a shaft located in it, interacting with the drive, mounted at its ends in rotation bearings with the possibility of displacement relative to the shaft axis and consisting of two parts located on both sides of the object, centering mechanisms located on the above-mentioned sides of the object, and a means of fixing the balanced position of the object [USSR Author's Certificate N 1232971, cl. G 01 M 1/38, from 1984].

Балансировка ротора осуществляется на закритических частотах вращения. При этом ось инерции ротора смещается с осью вращения и фиксируется самоотвердевающей жидкостью (в качестве которой может быть использована эпоксидная смола с наполнителем - средство фиксации отбалансированого положения объекта). Rotor balancing is carried out at supercritical rotation frequencies. The axis of inertia of the rotor is shifted with the axis of rotation and fixed with a self-hardening fluid (which can be used as an epoxy resin with a filler - a means of fixing the balanced position of the object).

Недостатком известного устройства является возникающая асимметрия внешней геометрической поверхности балансируемого ротора относительно оси вращения, что во многих случаях недопустимо, например, при балансировки ротора электродвигателя, центробежного насоса, колес качения и т.п. A disadvantage of the known device is the asymmetry of the external geometric surface of the balanced rotor relative to the axis of rotation, which in many cases is unacceptable, for example, when balancing the rotor of an electric motor, centrifugal pump, rolling wheels, etc.

Задачами, решаемыми в настоящем изобретении, является создание универсального балансирующего устройства, обладающего высокой точностью балансировки и простотой его использования. The problems to be solved in the present invention is the creation of a universal balancing device with high balancing accuracy and ease of use.

Поставленные задачи решаются тем, что балансирующее устройство объекта, включающее корпус, размещенные в нем вал, взаимодействующий с приводом, установленный своими концами в подшипниках вращения с возможностью смещения относительно оси вала и состоящий из двух частей, расположенных по обе стороны объекта, центрирующие механизмы, расположенные с вышеназванных сторон объекта, и средство фиксации отбалансированного положения объекта, дополнительно содержит средство измерения дисбаланса. В устройстве концы вала выполнены в виде части сфер, а подшипники вращения снабжены механизмами возврата вала в исходное положение. Каждый центрирующий механизм содержит два взаимно перпендикулярных друг другу ходовых винта с грузами, установленными на них с возможностью перемещения вдоль винтов, четыре ролика, кинематически связанные с концами винтов, и центрирующее кольцо, укрепленное коаксиально валу на корпусе и имеющее с внешней стороны на уровне роликов профилированную поверхность, при этом ролики установлены с зазором относительно центрирующих колец. The tasks are solved in that the balancing device of the object, including the housing, the shaft placed in it, interacting with the drive, mounted at its ends in rotation bearings with the possibility of displacement relative to the shaft axis and consisting of two parts located on both sides of the object, centering mechanisms located from the above-mentioned sides of the object, and the means for fixing the balanced position of the object, further comprises a means for measuring imbalance. In the device, the shaft ends are made as part of the spheres, and the rotation bearings are equipped with mechanisms for returning the shaft to its original position. Each centering mechanism contains two lead screws mutually perpendicular to each other with weights mounted on them with the possibility of movement along the screws, four rollers kinematically connected with the ends of the screws, and a centering ring mounted coaxially to the shaft on the housing and having a profiled from the outside at the level of the rollers surface, while the rollers are installed with a gap relative to the centering rings.

Предпочтительно центрирующие механизмы снабдить кожухами, а средство измерения дисбаланса выполнить в виде шкал, нанесенных вдоль ходовых винтов на поверхность кожухов и грузов винтов. Preferably, the centering mechanisms are provided with housings, and the imbalance measuring means is made in the form of scales applied along the spindles on the surface of the housings and weights of the screws.

Предпочтительно средство фиксации отбалансированного положения объекта выполнить в виде двух пар балансировочных колец со смещенными центрами масс, установленными коаксиально с двух вышеназванных сторон объекта и зафиксированных на объекте винтами. Preferably, the means for fixing the balanced position of the object is made in the form of two pairs of balancing rings with displaced centers of mass, mounted coaxially from the two above-mentioned sides of the object and fixed on the object with screws.

Целесообразно механизм возврата вала в исходное положение верхнего конца вала выполнить в виде центрирующего стакана, один конец которого укреплен на подшипнике и другой конец установлен в стенке корпуса и имеет с внешней стороны на уровне стенки корпуса кольцо в виде части сферы, пружины, расположенной в стакане, и заглушки, укрепленной на корпусе коаксиально стакану с внешней его стороны. It is advisable to return the shaft to the initial position of the upper end of the shaft in the form of a centering cup, one end of which is mounted on the bearing and the other end is mounted in the housing wall and has an outer ring at the level of the housing wall in the form of a sphere, a spring located in the housing, and plugs, mounted on the housing coaxially to the glass from the outside.

Целесообразно механизм возврата вала в исходное положение нижнего конца вала выполнить в виде другого центрирующего стакана, имеющего с внешней стороны три кольца в виде части тора, пружины, расположенной в стакане, заглушки, укрепленной на корпусе коаксиально стакану с внешней его стороны, верхней и нижней шайб, установленных коаксиально стакану между подшипником и стенкой корпуса, и сепаратора, установленного коаксиально стакану между шайбами и выполненного в виде кольца с отверстиями, в которых расположены шарики, при этом центрирующий стакан своими кольцами контактирует соответственно с верхней шайбой, сепаратором и нижней шайбой. It is advisable to return the shaft to the initial position of the lower end of the shaft in the form of another centering cup having three rings on the outside in the form of a torus part, a spring located in the cup, a plug fixed to the housing coaxially to the cup on its outer side, upper and lower washers installed coaxially to the glass between the bearing and the wall of the housing, and a separator installed coaxially to the glass between the washers and made in the form of a ring with holes in which the balls are located, while centering s glass their rings respectively in contact with the upper washer and a lower washer separator.

Целесообразно профилированную поверхность центрирующих колец выполнить конической, или тороидальной, или сферической, или параболической, или гиперболической, или в виде других поверхностей вращения, или их сочетанием. It is advisable that the profiled surface of the centering rings be conical, or toroidal, or spherical, or parabolic, or hyperbolic, or in the form of other surfaces of revolution, or a combination thereof.

На фиг. 1 представлен общий вид балансирующего устройства с механизмами возврата вала в исходное положение верхнего и нижнего конца вала. In FIG. 1 shows a General view of a balancing device with mechanisms for returning the shaft to the initial position of the upper and lower end of the shaft.

На фиг. 2 - общий вид балансирующего устройства объекта со средствами измерения дисбаланса и фиксации отбалансированного положения объекта. In FIG. 2 is a General view of the balancing device of the object with the means of measuring imbalance and fixing the balanced position of the object.

Центрифуга содержит корпус 1, размещенные в нем объект 2, вал, кинематически связанный с двигателем (на чертеже не показан) и выполненный с концами верхним 3 и нижним 4 в виде части сфер. Концы 3 и 4 установлены в верхнем 5 и нижнем 6 подшипниках вращения. Устройство также содержит центрирующие механизмы и механизмы возврата вала в исходное положение. The centrifuge contains a housing 1, an object 2 placed therein, a shaft kinematically connected to the engine (not shown in the drawing) and made with the ends of the upper 3 and lower 4 as part of the spheres. The ends 3 and 4 are installed in the upper 5 and lower 6 rotation bearings. The device also contains centering mechanisms and mechanisms for returning the shaft to its original position.

Центрирующие механизмы расположены сверху и снизу объекта 2 и состоят из двух взаимно перпендикулярных друг другу ходовых винтов 7, снабженных грузами 8. Ходовые винты 7 в свою очередь кинематически связаны с роликами 9 и 10. На стенках корпуса 1 в верхней и нижней его частях коаксиально валу укреплены центрирующие кольца 11 и 12, имеющие с внешней стороны на уровне роликов 9 и 10 профилированную поверхность (в данном случае - коническую). При этом ролики 9 и 10 центрирующих механизмов установлены с зазором (примерно 0,1-0,2 мм) относительно центрирующих колец 11 и 12. The centering mechanisms are located above and below the object 2 and consist of two lead screws 7 mutually perpendicular to each other, equipped with loads 8. The lead screws 7, in turn, are kinematically connected with the rollers 9 and 10. On the walls of the housing 1 in its upper and lower parts are coaxial to the shaft centering rings 11 and 12 are strengthened, having a profiled surface (in this case, conical) from the outside at the level of the rollers 9 and 10. While the rollers 9 and 10 of the centering mechanisms are installed with a gap (approximately 0.1-0.2 mm) relative to the centering rings 11 and 12.

Механизм возврата в исходное положение верхнего конца 3 вала выполнено в виде центрирующего стакана 13, имеющего на одном конце с внешней стороны на уровне стенки корпуса 1 кольцо в виде части сферы, и пружины 14, установленной коаксиально в стакане 13. На втором конце стакана 13 закреплен подшипник 5. Верхний конец 3 вала контактирует с внутренней поверхностью подшипника 5. The mechanism for returning to the initial position of the upper end 3 of the shaft is made in the form of a centering cup 13, having at one end from the outer side at the level of the wall of the housing 1 a ring in the form of a part of a sphere, and a spring 14 mounted coaxially in the cup 13. At the second end of the cup 13 is fixed bearing 5. The upper end 3 of the shaft is in contact with the inner surface of the bearing 5.

Механизм возврата в исходное положение нижнего конца 4 вала выполнено в виде центрирующего стакана 15, имеющего с внешней стороны три кольца в виде части тора, пружины 16, установленной коаксиально в стакане 15, шайбы 17, укрепленной на стенке корпуса 1 коаксиально стакану 15, шайбы 18, установленной коаксиально стакану 15 и укрепленной на корпусе подшипника 6, и сепаратор, установленный между шайбами 17 и 18 коаксиально стакану 15 и выполненный в виде кольца 19 с отверстиями, в которых расположены шарики 20. При этом внешние кольца стакана 15 контактируют с нижней шайбой 17, с сепаратором и верхней шайбой 18. Нижний конец 4 ротора через переходную деталь 21 опирается на подшипник 6. The reset mechanism of the lower end of the shaft 4 is made in the form of a centering cup 15 having three rings on the outside in the form of a torus part, a spring 16 mounted coaxially in the cup 15, washers 17 mounted on the wall of the housing 1 coaxially to the cup 15, washers 18 mounted coaxially to the cup 15 and mounted on the bearing housing 6, and a separator installed between the washers 17 and 18 coaxially to the cup 15 and made in the form of a ring 19 with holes in which the balls 20 are located. In this case, the outer rings of the cup 15 are in contact with the lower washer 17, with a separator and upper washer 18. The lower end 4 of the rotor through the adapter 21 rests on the bearing 6.

Центрирующие механизмы снабжены кожухами 22. На кожухах установлены патроны 23 для закрепления в них балансируемого объекта 2. Кроме того, на кожухах 22 и на грузах 8 ходовых винтов 7 нанесены шкалы 24 и 25 (средство измерения дисбаланса). The centering mechanisms are equipped with casings 22. Cartridges 23 are mounted on the casings for securing a balanced object 2. They are also equipped with scales 24 and 25 (imbalance measuring instrument) on the casings 22 and on the loads 8 of the screw screws 7.

Средство фиксации отбалансированного положения объекта 2 выполнено в виде двух пар одинаковых балансировочных колец 26 со смещенными центрами масс, установленными коаксиально с двух вышеназванных сторон объекта 2 и зафиксированных на объекте 2 винтами 27. The means for fixing the balanced position of the object 2 is made in the form of two pairs of identical balancing rings 26 with offset centers of mass, mounted coaxially from the two above-mentioned sides of the object 2 and fixed on the object 2 with screws 27.

Балансирующее устройство объекта работает следующим образом. The balancing device of the object operates as follows.

В патронах 23 укрепляют балансируемый объект 2, включают привод. Объект 2 приводится во вращение. Если масса объекта 2 распределена неравномерно, то ось инерции объекта смещается относительно оси вращения. In cartridges 23 strengthen the balanced object 2, include a drive. Object 2 is rotated. If the mass of the object 2 is distributed unevenly, then the axis of inertia of the object is shifted relative to the axis of rotation.

При перекашивании центрирующего стакана 15 шайба 18 смещается относительно шайбы 17 за счет перекатывания между ними шариков 20. При этом ролики 10 входят в сцепление с конической поверхностью центрирующего кольца 12. За счет сил трения ролики 10 начинают вращаться, в свою очередь они приводят во вращение ходовые винты 7, которые вращаясь перемещают грузы 8 в сторону геометрической оси вращения вала устройства до совмещения его с осью вращения. После чего пружины 14 и 16 возвращают стаканы 13 и 15 в исходное положение, восстанавливая зазоры между роликами 9 и 10 и коническими поверхностями центрирующих колец 11 и 12. При этом прекращается вращение ходовых винтов 7. После остановки вала устройства по шкалам 24 и 25 определяется значение дисбаланса объекта 2 по двум взаимно перпендикулярным осям сверху и снизу объекта и по графикам, построенным как функция угла поворота балансировочных колец 26 вокруг оси объекта 2 от величины дисбаланса, балансировочные кольца 26 поворачивают относительно оси (тем самым смещают центры масс колец 26 относительно оси объекта), выставляют в необходимое положение и фиксируют их винтами 27. When the centering cup 15 is distorted, the washer 18 is shifted relative to the washer 17 due to rolling of the balls 20 between them. In this case, the rollers 10 engage with the conical surface of the centering ring 12. Due to the friction forces, the rollers 10 begin to rotate, which in turn rotates the running gears screws 7, which rotate move the weights 8 in the direction of the geometric axis of rotation of the shaft of the device to combine it with the axis of rotation. Then the springs 14 and 16 return the cups 13 and 15 to their original position, restoring the gaps between the rollers 9 and 10 and the conical surfaces of the centering rings 11 and 12. This stops the rotation of the spindles 7. After stopping the shaft of the device, the value is determined according to scales 24 and 25 the imbalance of object 2 along two mutually perpendicular axes above and below the object and according to graphs constructed as a function of the angle of rotation of the balancing rings 26 around the axis of the object 2 from the magnitude of the imbalance, the balancing rings 26 are rotated relative to the axis (Thereby displace the centers of mass of the rings 26 relative to the axis of the object), exhibit the desired position and fixed with the screws 27.

После повторного включения и останова по шкалам средства измерения дисбаланса контролируют погрешность устранения дисбаланса и при необходимости его корректируют. After switching it on and off again on the scales, the imbalance measuring instruments control the error in eliminating the imbalance and, if necessary, correct it.

Таким образом, в предложенном балансирующим устройстве во время его запуска автоматически балансируется вал, устраняется его биение в местах его фиксирования на опорах, при этом происходит также совмещение главной физической оси вала с геометрической. Указанная балансировка возможна при весьма больших дисбалансах объекта. Предложенная конструкция балансирующего устройства позволяет производить балансировку любых объектов (в том числе: роторов, валов, колес, турбин и других объектов), использование двух пар балансировочных колец со смещенными центрами масс в качестве средства фиксации отбалансированного положения объекта позволяет балансировку упростить и повысить ее точность. Thus, in the proposed balancing device, during its start-up, the shaft is automatically balanced, its run-out is eliminated at the places of its fixation on the supports, and the main physical axis of the shaft also coincides with the geometric axis. The specified balancing is possible with very large imbalances of the object. The proposed design of the balancing device allows balancing any objects (including rotors, shafts, wheels, turbines and other objects), the use of two pairs of balancing rings with displaced centers of mass as a means of fixing the balanced position of the object allows balancing to simplify and increase its accuracy.

Claims

1. A device for balancing an object, including a housing, a shaft located in it, interacting with the drive, mounted at its ends in rotation bearings with the possibility of displacement relative to the shaft axis and consisting of two parts located on both sides of the object, centering mechanisms located on the above sides object, and means for fixing the balanced position of the object, characterized in that the device further comprises means for measuring the imbalance, the ends of the shaft are made in the form of a part of spheres, bearings and rotations are equipped with mechanisms for returning the shaft to its original position, and each centering mechanism contains two lead screws mutually perpendicular to each other with weights mounted on them with the possibility of movement along the screws, four rollers kinematically connected with the ends of the screws, and a centering ring fixed coaxially to the shaft on the housing and having a profiled surface on the outer side at the level of the rollers, while the rollers are installed with a gap relative to the centering rings.

2. The device for balancing an object according to claim 1, characterized in that the centering mechanisms are provided with casings, and the imbalance measuring means is made in the form of scales applied along the spindles on the surface of the casings and cargoes of screws.

3. The device for balancing an object according to claim 1, characterized in that the means for fixing the balanced position of the object is made in the form of two pairs of balancing rings with displaced centers of mass, mounted coaxially from the two above-mentioned sides of the object and fixed on the object with screws.

4. The device for balancing an object according to claim 1, characterized in that the mechanism for returning to the initial position of the upper end of the shaft is made in the form of a centering cup, one end of which is mounted on a bearing and the other end is mounted in the housing wall and has an outer side at the wall level the body is a ring in the form of a part of a sphere, a spring located in the glass, and a plug mounted on the housing coaxially to the glass from its outer side, and the mechanism for returning to the initial position of the lower end of the shaft is made in the form of another centering glass on the outer side, having three rings in the form of a torus part, a spring located in the cup, a plug mounted on the housing coaxially to the cup on its outside, upper and lower washers mounted coaxially to the cup between the bearing and the housing wall, and a separator mounted coaxially the glass between the washers and made in the form of a ring with holes in which the balls are located, while the centering glass with its rings contacts, respectively, with the upper washer, separator and lower washer.

5. The device for balancing an object according to claim 1, characterized in that the profiled surface of the centering rings is made conical, or toroidal, or spherical, or parabolic, or hyperbolic.