RU2230303C1

RU2230303C1 - Facility to balance rotating bodies automatically

Info

Publication number: RU2230303C1
Application number: RU2003102967/28A
Authority: RU
Inventors: Д.М. Белый (RU); Д.М. Белый
Original assignee: Ульяновский государственный технический университет
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2004-06-10

Abstract

FIELD: balancing equipment. SUBSTANCE: facility to balance rotating bodies automatically has frame housing correction mechanism and balancing unit in the form of two nuts with counterweights freely screwed on threaded section of body with layer of fixing material deposited on it. Counterweights are fixed on faces of nuts facing one another, side cylindrical surfaces of nuts carry knurling. Correction mechanism is produced in the form of four plates embracing nuts, which are positioned in planes tangent to side surfaces of nuts and form square. Layers of bristle are applied to internal surfaces of plates facing nuts. Bristles contact side surfaces of nuts and are inclined to one side, around square in direction of rotation of body. EFFECT: enhanced balancing accuracy, raised productivity of balancing process and expanded functional capabilities of facility. 2 dwg

Description

Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано для автоматической балансировки вращающихся изделий.The invention relates to a balancing technique and can be used for automatic balancing of rotating products.

Известны устройства для автоматической балансировки вращающихся тел, содержащие балансировочные элементы, эксцентрично расположенные в перпендикулярной оси вращения плоскости, и установленные в корпусе исполнительные механизмы формирования и приложения к балансировочным элементам корректирующих воздействий /см. а.с. СССР №450981, кл. G 01 М 1/36, 1973 [1]; а.с. СССР №468123, кл. G 01 М 1/38, 1973 [2]/.Known devices for automatic balancing of rotating bodies, containing balancing elements eccentrically located in the plane perpendicular to the axis of rotation, and actuating mechanisms for forming and applying corrective actions to the balancing elements / cm installed in the housing. A.S. USSR No. 450981, class G 01 M 1/36, 1973 [1]; A.S. USSR No. 468123, cl. G 01 M 1/38, 1973 [2] /.

Недостатками известных устройств являются низкая точность балансировки, сложность конструкции и ограниченная производительность, что обусловлено в значительной мере сложностью исполнительного механизма.The disadvantages of the known devices are low balancing accuracy, design complexity and limited performance, which is largely due to the complexity of the actuator.

Известны также устройства для автоматической балансировки вращающихся тел, свободные от исполнительных механизмов, содержащие либо свободно надетые на тело и подпружиненные в осевом направлении кольца с установленными на них балансировочными грузами, имеющими возможность сходиться - расходиться при вращении тела под действием центробежных сил инерции /см. а.с. СССР №632919, кл. G 01 M 1/38, 1978 [3]/ либо кольца с эксцентричными массами, установленные на тела по посадке с зазором при наличии различных коэффициентов трения скольжения на участках внутренних цилиндрических поверхностей колец, и с возможностью поворота вокруг своей оси /см. а.с. СССР №2148806, кл. G 01 М 1/38, F 16 F 15/32, 1998 [4]/.Also known are devices for automatic balancing of rotating bodies, free of actuators, containing either loosely mounted on the body and axially spring-loaded rings with balancing weights installed on them, which can converge - diverge when the body rotates under the action of centrifugal inertia / cm. A.S. USSR No. 632919, cl. G 01 M 1/38, 1978 [3] / or rings with eccentric masses mounted on landing bodies with a gap in the presence of different sliding friction coefficients on the sections of the inner cylindrical surfaces of the rings, and with the possibility of rotation around its axis / cm. A.S. USSR No. 2148806, cl. G 01 M 1/38, F 16 F 15/32, 1998 [4] /.

Недостатками известных устройств являются сравнительная сложность конструкции, процесса балансировки и необходимость применения специальных режимов в каждом конкретном случае из-за опасности как проскакивания оптимального сбалансированного состояния, так и нарушения сбалансированности тела после окончания балансировки в процессе торможения вращения, фиксации противовесов и т.д.The disadvantages of the known devices are the comparative complexity of the design, the balancing process and the need to use special modes in each case because of the danger of both slipping the optimal balanced state and imbalance of the body after balancing in the process of braking rotation, fixing counterweights, etc.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство для автоматической балансировки вращающихся тел, содержащее балансировочный узел в виде двух гаек с закрепленными на них противовесами, свободно навернутых на резьбовой участок тела с нанесенным на него слоем фиксирующего материала /см. а.с. СССР №1677646, кл. G 01 R 5/02, 1989 [5]/, принятое за прототип.The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of features is a device for automatically balancing rotating bodies, containing a balancing unit in the form of two nuts with counterweights fixed on them, loosely screwed onto the threaded body section with a layer of fixing material / cm applied to it. A.S. USSR No. 1677646, cl. G 01 R 5/02, 1989 [5] /, adopted as a prototype.

Недостатками данного устройства - прототипа являются сравнительно низкая точность и сложность процесса балансировки, необходимость применения специальных режимов в каждом конкретном случае из-за опасности как проскальзывания оптимального сбалансированного состояния, так и нарушения сбалансированности тела после окончания балансировки в процессе торможения вращения, фиксации противовесов и т.п. Указанный факт объясняется самим принципом автоматической балансировки под действием центробежных сил инерции, отсутствием отрицательной обратной связи по возмущению, осуществлением корректирующих воздействий только за счет действия центробежных сил инерции.The disadvantages of this prototype device are the relatively low accuracy and complexity of the balancing process, the need to use special modes in each particular case because of the danger of both slipping the optimal balanced state, and imbalance of the body after balancing in the process of braking rotation, fixing counterweights, etc. P. This fact is explained by the very principle of automatic balancing under the action of centrifugal inertia forces, the absence of negative feedback on the disturbance, the implementation of corrective actions only due to the action of centrifugal inertia forces.

Сущность изобретения заключается в создании из-за действия вибрационных возмущений, возникающих при вращении неуравновешенного тела, асимметричного взаимодействия тела с механизмом корректировки и обеспечения за счет такого взаимодействия направленного вращения эксцентричных масс относительно тела, продолжающегося до прекращения действия вибрационных возмущений, то есть до окончания процесса автоматической балансировки вращающегося тела.The essence of the invention is to create due to the action of vibrational disturbances arising from the rotation of an unbalanced body, an asymmetric interaction of the body with the correction mechanism and ensure due to this interaction the directional rotation of eccentric masses relative to the body, which continues until the termination of the action of vibrational disturbances, that is, until the end of the automatic balancing a rotating body.

Технический результат - увеличение точности балансировки, повышение производительности процесса и расширение функциональных возможностей устройства.The technical result is an increase in the accuracy of balancing, increasing the productivity of the process and expanding the functionality of the device.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве для автоматической балансировки вращающегося тела, содержащем установленный в корпусе механизм корректировки и балансировочный узел в виде двух гаек с противовесами, свободно навернутых на резьбовой участок тела с нанесенным на него слоем фиксирующего материала, особенность заключается в том, что противовесы закреплены на обращенных наружу друг от друга торцах гаек, боковая цилиндрическая поверхность гаек выполнена с накаткой, а механизм корректировки выполнен в виде четырех охватывающих гайки пластин, расположенных в касательных к боковым цилиндрическим поверхностям гаек плоскостях и образующих по форме квадрат, при этом на внутренние, обращенные к гайкам поверхности пластин нанесены слои щетины, элементы /щетинки/ которых введены в контакт с боковыми поверхностями гаек и наклонены в одну сторону по обходу квадрата в направлении вращения тела.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in the known device for automatic balancing of a rotating body containing an adjustment mechanism installed in the housing and a balancing unit in the form of two nuts with counterweights, loosely screwed onto the threaded body section with a layer of fixing material applied to it, a feature consists in the fact that the balances are fixed on the ends of the nuts facing outward from each other, the lateral cylindrical surface of the nuts is knurled, and the adjustment mechanism is made in the form of four plates covering the nuts, located in planes tangent to the lateral cylindrical surfaces of the nuts and forming a square shape, while bristle layers are applied to the inner surfaces of the plates facing the nuts, the elements / bristles / of which are brought into contact with the side surfaces of nuts and tilted in one direction around the square in the direction of rotation of the body.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображено предлагаемое устройство, общий вид; на. фиг. 2 - вид А на фиг. 1.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 schematically shows the proposed device, General view; on the. FIG. 2 is a view A in FIG. 1.

Устройство для автоматической балансировки вращающихся тел типа ротора 1 содержит установленный в корпусе 2 механизм корректировки и балансировочный узел в виде двух гаек 3, 4 с противовесами 5, 6, свободно навернутых на резьбовой участок 7 тела 1 с нанесенным на резьбовой участок 7 слоем фиксирующего материала /на чертеже не показан/, при этом противовесы 5, 6 закреплены на обращенных наружу друг от друга торцах гаек 3, 4, боковая цилиндрическая поверхность гаек 3, 4 выполнена с накаткой, а механизм корректировки положения гаек 3, 4 с противовесами 5, 6 выполнен в виде четырех охватывающих гайки 3, 4 пластин 8, 9, 10, 11, расположенных в касательных к боковым цилиндрическим поверхностям гаек 3, 4 плоскостях и образующих по форме квадрат, причем, на внутренние, обращенные к гайкам 3, 4 поверхности пластин 8-11 нанесены слои 12, 13, 14, 15 щетины, элементы /щетинки/ которых введены в контакт с боковыми поверхностями гаек 3, 4 и наклонены в одну сторону по обходу квадрата в направлении вращения тела 1. Накатка на гайках 3, 4 выполнена параллельно образующим боковых цилиндрических поверхностей гаек. В качестве фиксирующего материала на резьбовом участке 7 тела 1 использована медленно твердеющая контровочная смесь, в частности грунтовка ОКА - 070. Материал наносится на участок 7 в жидком состоянии, после застывания надежно фиксирует гайки 3, 4 на теле 1, причем, в случае необходимости допускает возможность снятия гаек 3, 4 и проведения повторной балансировки. Пластины 8-11 жестко закреплены в корпусе 2, при этом в процессе регулировки устройства возможны малые смещения пластин 8-11 к телу 1 или наоборот от тела 1 в радиальном направлении с целью обеспечения надежного контакта щетины 12-15 с боковыми поверхностями гаек 3, 4. Устройство также позволяет проводить балансировку тел различных диаметров, вследствие чего предусмотрена возможность значительных исходных смещений пластин 8-11 с фиксацией в заданном положении. На чертежах не показаны специальные приспособления в корпусе 2 для указанных смещений пластин 8-11, так как конструкции этих приспособлений широко известны /в случае необходимости заявитель может предоставить дополнительные материалы/. Слои 12-15 выполнены из обычной щетины, применяемой для одежных щеток. Однако, при необходимости создания более значительных вращающих моментов, действующих на гайки 3, 4 в процессе балансировки /при балансировке массивных конструкций и т.п./, щетки 12-15 могут быть выполнены из упругой стальной проволоки. При этом закрепление щетинок на пластинках с заданным утлом наклона не вызывает никаких дополнительных технологических проблем.A device for automatic balancing of rotary bodies of the rotor type 1 contains an adjustment mechanism installed in the housing 2 and a balancing unit in the form of two nuts 3, 4 with counterweights 5, 6, freely screwed onto the threaded section 7 of the body 1 with a layer of fixing material applied to the threaded section 7 / the figure does not show /, while the balances 5, 6 are mounted on the ends of the nuts 3, 4 facing outward from each other, the lateral cylindrical surface of the nuts 3, 4 is knurled, and the mechanism for adjusting the position of the nuts 3, 4 with balances 5 , 6 is made in the form of four female nuts 3, 4 of the plates 8, 9, 10, 11 located in tangent to the lateral cylindrical surfaces of the nuts 3, 4 planes and forming a square shape, moreover, on the inner surface facing the nuts 3, 4 of the plates 8-11, bristle layers 12, 13, 14, 15 are applied, the elements / bristles / of which are brought into contact with the side surfaces of the nuts 3, 4 and are inclined to one side around the square in the direction of rotation of the body 1. Knurling on the nuts 3, 4 made parallel to the forming of the lateral cylindrical surfaces of the nuts. As the fixing material on the threaded section 7 of the body 1, a slowly hardening backing mixture was used, in particular the primer OKA - 070. The material is applied to the section 7 in a liquid state, after hardening it fixes nuts 3, 4 on the body 1 reliably, and, if necessary, allows the ability to remove nuts 3, 4 and re-balancing. The plates 8-11 are rigidly fixed in the housing 2, while in the process of adjusting the device, small displacements of the plates 8-11 to the body 1 or vice versa from the body 1 in the radial direction are possible in order to ensure reliable contact of the bristles 12-15 with the side surfaces of the nuts 3, 4 The device also allows balancing of bodies of various diameters, as a result of which there is the possibility of significant initial displacements of the plates 8-11 with fixation in a given position. The drawings do not show special devices in the housing 2 for the indicated displacements of the plates 8-11, since the designs of these devices are widely known / if necessary, the applicant can provide additional materials /. Layers 12-15 are made of ordinary bristles used for clothing brushes. However, if it is necessary to create more significant torques acting on the nuts 3, 4 during the balancing process / when balancing massive structures, etc. /, the brushes 12-15 can be made of elastic steel wire. At the same time, fixing the bristles on the plates with a given angle of inclination does not cause any additional technological problems.

Работа устройства осуществляется следующим образом.The operation of the device is as follows.

До начала процесса балансировки на резьбовой участок 7 тела 1 наносится в жидком состоянии фиксирующий материал. При полной уравновешенности вращающегося тела 1, то есть равенстве вектора поперечного эксцентрисетета нулю /совпадении центра масс с осью вращения тела/, вращение тела /направление вращения показано стрелками на фиг. 1 и фиг. 2/ не сопровождается колебаниями тела в поперечных направлениях. Очевидно, что при таком вращении боковые поверхности гаек 5, 4 двигаются по контактирующим с ними наклонным щетинкам 12-15 в направлении "по шерсти", испытывая при этом минимальное сопротивление вращению. Подбором определенной величины трения в резьбе 7 гаек 3, 4, а также жесткости щеток 12-15 легко добиться, чтобы при таком вращении гайки 3, 4 относительно вращающегося тела оставались в покое. При наличии неуравновешенности тела 1, то есть проекций вектора эксцентриситета на ортогональные поперечные оси вращения тела 1 будет сопровождаться его поперечными колебаниями в направлении данных осей. Очевидно, что при таких колебаниях в любом направлении одна из сторон боковых поверхностей гаек 3, 4 движется "против шерсти", что естественно вызовет поворот гаек 3, 4 вместе с расположенными на них противовесами 5, 6 относительно вращающегося тела 1. Как известно, любая динамическая система стремится войти в динамическое состояние, соответствующее минимуму кинетической энергии и максимальной симметрии относительно своей оси вращения /продольной оси/. Поэтому, согласно принципу динамической самобалансировки гайки 3, 4 будут автоматически поворачиваться за счет действия сил со стороны щеток 12-15 до полной блансировки вращающегося тела в перпендикулярной оси вращения плоскости. Поворота двух гаек 3, 4, сопровождающегося смещением двух противовесов 5, 6 по взаимно ортогональным осям, вполне достаточно для того, чтобы "загнать" вектор поперечного эксцентриситета вращающегося тела 1 в ноль, то есть совместить центр масс тела в поперечной плоскости с продольной осью вращения тела При достижении баланса поперечные колебания тела автоматически прекращаются, гайки 3, 4 при взаимодействии со щетками 12-15 в направлении "по шерсти" не смещаются и остаются в конечном положении, соответствующем сбалансированному состоянию тела. После этого вращение тела 1 останавливают и производят выдержку до затвердевания фиксирующего материала.Prior to the balancing process, a fixing material is applied in a liquid state to the threaded portion 7 of the body 1. When the rotating body 1 is completely balanced, that is, the transverse eccentricity vector is zero / the center of mass coincides with the axis of rotation of the body /, the rotation of the body / direction of rotation is shown by arrows in FIG. 1 and FIG. 2 / is not accompanied by body vibrations in the transverse directions. Obviously, with this rotation, the lateral surfaces of the nuts 5, 4 move along the inclined bristles 12-15 in contact with them in the “along the wool” direction, while experiencing minimal resistance to rotation. By selecting a certain amount of friction in the thread of 7 nuts 3, 4, as well as the stiffness of the brushes 12-15, it is easy to achieve that with this rotation, the nuts 3, 4 relative to the rotating body remain at rest. In the presence of imbalance of the body 1, that is, the projections of the eccentricity vector on the orthogonal transverse axes of rotation of the body 1 will be accompanied by its transverse vibrations in the direction of these axes. Obviously, with such oscillations in any direction, one of the sides of the lateral surfaces of the nuts 3, 4 moves "against the wool", which naturally causes the rotation of the nuts 3, 4 together with the counterweights 5, 6 located on them relative to the rotating body 1. As you know, any a dynamic system tends to enter a dynamic state corresponding to a minimum of kinetic energy and maximum symmetry about its axis of rotation / longitudinal axis /. Therefore, according to the principle of dynamic self-balancing, nuts 3, 4 will automatically rotate due to the action of forces from the brushes 12-15 until the full rotation of the rotating body in the plane perpendicular to the axis of rotation. The rotation of two nuts 3, 4, accompanied by the displacement of two counterweights 5, 6 along mutually orthogonal axes, is quite enough to “drive” the transverse eccentricity vector of the rotating body 1 to zero, that is, to align the center of mass of the body in the transverse plane with the longitudinal axis of rotation body When the balance is reached, the transverse vibrations of the body automatically stop, the nuts 3, 4, when interacting with the brushes 12-15 in the direction "along the coat", do not move and remain in the final position corresponding to the balanced state of the body. After this, the rotation of the body 1 is stopped and the exposure is carried out until the fixing material has hardened.

Очевидно, что предлагаемое устройство имеет по сравнению с известными и в частности с устройством - прототипом [5] целый ряд существенных достоинств. Главное здесь в изменении самого принципа, а именно - смещение элементов балансировочного узла /гаек 3, 4 с противовесами 5, 6/ происходит не за счет действия центробежных сил инерции /как раздвижение - сдвиг усов в устройстве - прототипе [5]/, а за счет внешних корректирующих воздействий /трения щеток/, однако появление - прекращение этого воздействия, а также его интенсивность полностью определяются степенью сбалансированности вращающегося тела. Если в устройстве [5] в любой момент времени /даже при полном балансе/ усы и соответственно подвижная часть находятся под действием центробежных сил инерции, за счет чего в принципе возможно проскакивание сбалансированного состояния, то в предлагаемом устройстве при заданном подборе конструктивно-технологических параметров: трения в резьбе, жесткости щеток, накатки на гайках 3, 4, глубины контакта щеток с поверхностями гаек, скорости вращения и т.д., при сбалансированном состоянии тела на положение гаек механизм корректировки абсолютно не влияет. В известном устройстве [5] после достижения баланса необходимо продолжать вращение до полного затвердевания фиксирующего материала. В противном случае при изменении режима вращения до затвердевания материала, случайные воздействиях и т.п. возможно смещение балансировочных элементов с нарушением сбалансированности. В данном устройстве после достижения баланса балансировочный узел абсолютно не зависит от характера действий: можно остановить вращение, можно "забыть" остановить вращение и продолжать его в любом режиме и т.п. Подбором указанных выше конструктивно-технологических параметров можно осуществить балансировку с заранее заданной степенью точности. Устройство предельно универсально, так как по принципу своей работы абсолютно не зависит от принципа работы балансируемого тела, его габаритов и конфигурации, динамических характеристик, параметров вращения и т.д. Места установки на вращающееся тело балансировочного узла с двумя гайками можно найти очень легко практически в любой конструкции /в отличие от усов в устройстве-прототипе [5]/. Нет никаких проблем для выделения на теле небольшого участка с резьбой, необходимого для размещения двух гаек. Предлагаемое устройство характеризуется предельной простотой и не требует применения никаких специальных режимов балансировки.It is obvious that the proposed device has a number of significant advantages in comparison with the known and in particular with the prototype device [5]. The main thing here is to change the principle itself, namely, the displacement of the elements of the balancing unit / nuts 3, 4 with counterweights 5, 6 / does not occur due to the action of centrifugal inertia forces / as the extension - the shift of the mustache in the device - prototype [5] /, but due to external corrective actions / brush friction /, however, the appearance and termination of this effect, as well as its intensity, are completely determined by the degree of balance of the rotating body. If in the device [5] at any moment of time / even with full balance / the whiskers and, accordingly, the moving part are under the action of centrifugal inertia forces, due to which, in principle, a balanced state can slip, then in the proposed device for a given selection of structural and technological parameters: friction in the thread, stiffness of the brushes, knurling on nuts 3, 4, the depth of contact of the brushes with the surfaces of the nuts, rotation speed, etc., with a balanced state of the body on the position of the nuts, the correction mechanism is absolutely not liyaet. In the known device [5] after achieving balance, it is necessary to continue rotation until the fixing material has completely hardened. Otherwise, when changing the rotation mode until the material hardens, accidental influences, etc. it is possible to offset the balancing elements in violation of the balance. In this device, after reaching the balance, the balancing unit is absolutely independent of the nature of the actions: you can stop the rotation, you can "forget" to stop the rotation and continue it in any mode, etc. The selection of the above structural and technological parameters can be balanced with a predetermined degree of accuracy. The device is extremely universal, because by the principle of its work it is absolutely independent of the principle of operation of the balanced body, its dimensions and configuration, dynamic characteristics, rotation parameters, etc. The mounting location on the rotating body of the balancing unit with two nuts can be found very easily in almost any design / unlike the mustache in the prototype device [5] /. There is no problem for highlighting a small threaded portion on the body needed to accommodate two nuts. The proposed device is characterized by extreme simplicity and does not require the use of any special balancing modes.

Claims

A device for automatic balancing of rotating bodies, comprising a correction mechanism installed in the housing and a balancing unit in the form of two nuts with counterweights, loosely screwed onto the threaded section of the body with a layer of fixing material applied on it, characterized in that the counterweights are fixed on the ends facing outward from each other nuts, the lateral cylindrical surface of the nuts is knurled, and the adjustment mechanism is made in the form of four covering plates of the nuts located in tangential to the side vym cylindrical surfaces and planes nuts forming a square shape, while on the inner facing surfaces of the plates to nuts deposited layers bristle elements (bristles) are brought into contact with the side surfaces of the nuts and are inclined in one direction to bypass a square in the direction of rotation of the body.