RU2231036C1

RU2231036C1 - Device for automatic balancing of revolving bodies

Info

Publication number: RU2231036C1
Application number: RU2003108245/28A
Authority: RU
Inventors: Д.М. Белый (RU); Д.М. Белый
Original assignee: Ульяновский государственный технический университет
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2004-06-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; balancing of revolving rotors.

SUBSTANCE: proposed device has platform for bodies to be balanced, correction mechanism and balancing unit. Balancing unit consists of two nuts screwed on threaded section of body coated with layer of fixing material; these nuts have rough lateral surfaces; they are provided with counter-weights secured on end faces. Correction mechanism is made in form of four elastic plates embracing the nuts in pairs at two mutually perpendicular planes; they are secured on these planes as cantilever. Free ends of said plates carry unbalanced masses and sections of surfaces of plates directed towards nuts are rough.

EFFECT: enhanced accuracy of balancing; increased productivity of process; extended functional capabilities.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области балансировочной техники и может быть использовано для автоматической балансировки вращающихся тел, в частности роторов.The invention relates to the field of balancing technology and can be used for automatic balancing of rotating bodies, in particular rotors.

Известны устройства для балансировки вращающихся тел, содержание платформу для установки тела, имеющую возможность смещения в двух взаимно перпендикулярных направлениях, механизм измерения колебаний платформы в этих направлениях, а также исполнительный механизм устранения дебалансов /см. а.с. СССР №712708, кл. G 01 М 1/16, 1980 [1]; а.с. СССР №1060958, кл. G 01 М 1/38, 1982 [2]/.Known devices for balancing rotating bodies, the content of the platform for installing the body, having the ability to bias in two mutually perpendicular directions, a mechanism for measuring the oscillations of the platform in these directions, as well as an actuator for removing unbalances / cm. A.S. USSR No. 712708, cl. G 01 M 1/16, 1980 [1]; A.S. USSR No. 1060958, cl. G 01 M 1/38, 1982 [2] /.

Недостатками известных устройств являются их предельная сложность и низкая производительность вследствие практического отсутствия автоматизации процесса балансировки.The disadvantages of the known devices are their extreme complexity and low productivity due to the practical lack of automation of the balancing process.

Известны также устройства для автоматический балансировки вращающихся тел, 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 тело по посадке с зазором при наличие различных коэффициентов трения скольжения на участках внутренних цилиндрических поверхностей колец и с возможностью поворота колец вокруг своей оси /см. а. с. СССР №2148806, кл. G 01 M 1/38, F 16 F 15/32, 1998 [4].Also known devices for automatic balancing of rotating bodies, 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 the landing body 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 of the rings around its axis / cm. a. from. USSR No. 2148806, cl. G 01 M 1/38, F 16 F 15/32, 1998 [4].

Недостатками известных устройств являются сравнительная сложность процессов 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.п.The disadvantages of the known devices are the comparative complexity of the balancing processes and the need to use special modes in each case because of the danger of both skipping 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]/ и 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] / and adopted as a prototype.

Недостатками данного устройства - прототипа являются сравнительно низкая точность и сложность процесса балансировки вследствие необходимости применения специальных режимов в каждом конкретном случае из-за опасности как проскакивания оптимально сбалансированного состояния, так и нарушения сбалансированности тела после окончания балансировки в процессе торможения вращения, фиксации гаек с противовесами и т.д. Это объясняется самим принципом автоматической балансировки за счет действия центробежных сил инерции, отсутствием отрицательной обратной связи по возмущению, осуществлением корректирующих воздействий только за счет действия на подвижные гайки с противовесами центробежных сил инерции.The disadvantages of this prototype device are the relatively low accuracy and complexity of the balancing process due to the need to use special modes in each case because of the danger of both skipping an optimally balanced state and imbalance of the body after balancing in the process of braking rotation, fixing nuts with balances and etc. This is explained by the very principle of automatic balancing due to the action of centrifugal inertia forces, the absence of negative feedback on the perturbation, and the implementation of corrective actions only due to the action on moving nuts with counterbalances of centrifugal inertia forces.

Сущность изобретения заключается в воздействии вибрационных возмущений, возникающих при вращении неуравновешенного тела, на механизм корректировки, приложения за счет этого к телу со стороны механизма корректировки асимметричных воздействий, обеспечивающих направленное вращение эксцентричных масс относительно тела, продолжающееся до прекращения действия вибрационных возмущений, то есть до окончания процесса автоматической балансировки вращающегося тела.The essence of the invention lies in the effect of vibrational disturbances arising from the rotation of an unbalanced body on the correction mechanism, due to this application to the body from the side of the correction mechanism of asymmetric effects, providing directional rotation of eccentric masses relative to the body, continuing until the termination of the action of vibrational disturbances, that is, until the end process of automatic balancing of 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 вращающихся тел, содержащем платформу для установки тела, имеющую возможность упругого смещения в двух взаимно перпендикулярных направлениях, размещенный на платформе 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, гайки выполнены с шероховатой боковой цилиндрической поверхностью, а механизм корректировки выполнен в виде четырех упругих пластин, попарно охватывающих, с радиальными зазорами и с двух сторон боковые поверхности каждой из гаек в двух взаимно перпендикулярных направлениях, при этом пластины попарно консольно закреплены на платформе и на прикрепленных к платформе жестких стойках соответственно в перпендикулярных и параллельных платформе плоскостях, на свободных концах пластин размещены дебалансные массы, а участки обращенных к гайкам поверхностей пластин в зоне резьбового участка тела выполнены шероховатыми.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in the known device for automatic balancing of rotating bodies, containing a platform for installing the body, with the possibility of elastic displacement in two mutually perpendicular directions, a correction mechanism and a balancing unit in the form of two nuts with counterweights are placed on the platform, loosely screwed onto the threaded portion of the body with a layer of fixing material applied to it, a feature is that the balances are fixed The wrenches on the ends facing outward from each other, nuts, nuts are made with a rough cylindrical side surface, and the adjustment mechanism is made in the form of four elastic plates, pairwise covering, with radial clearances and on both sides, the side surfaces of each of the nuts in two mutually perpendicular directions, the plates are cantilevered in pairs on the platform and on rigid racks attached to the platform, respectively, in planes perpendicular and parallel to the platform, at the free ends of the plates Unbalanced masses are observed, and the areas of the plate surfaces facing the nuts in the area of the threaded body section are made rough.

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; figure 2 - a view of figure 1.

Устройство для автоматической балансировки вращающихся тел /тела 1/ содержит платформу 2 для установки тела 1 /опоры для крепления тела 1 с возможностью вращения на чертеже не показаны/, закрепленную на упругом основании 3 с возможностью упругого смещения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, размещенный на платформе 2 механизм корректировки и балансировочный узел в виде двух гаек 4, 5 с противовесами 6, 7, свободно навернутых на резьбовой участок 8 тела 1 с нанесенным на него слоем фиксирующего материала /на чертеже не показан/,при этом противовесы 6, 7 закреплены на обращенных наружу друг от друга торцах гаек 4, 5, гайки 4, 5 выполнены с шероховатой боковой цилиндрической поверхностью, а механизм корректировки выполнен в виде четырех упругих пластин 9, 10, 11, 12, попарно охватывающих с радиальными зазорами с обеих сторон боковые поверхности каждой из гаек 4, 5 в двух взаимно перпендикулярных направлениях, при этом пластины 9, 10 и 11, 12 попарно консольно закреплены на платформе 2 и на прикрепленных к платформе 2 жестких стойках 13, 14 соответственно в перпендикулярных и параллельных платформе 2 плоскостях, на свободных концах пластин 9, 10, 11, 12 размещены дебалансные массы 15, 16, 17, 18 и участки 19, 20, 21, 22 обращенных к гайкам 4, 5 поверхностей пластин 9, 10, 11, 12 в зоне резьбового участка 8 тела 1 выполнены шероховатыми.A device for automatically balancing rotating bodies / body 1 / comprises a platform 2 for mounting the body 1 / supports for mounting the body 1 rotatably not shown in the drawing /, mounted on an elastic base 3 with the possibility of elastic displacement in two mutually perpendicular planes, placed on the platform 2, the adjustment mechanism and the balancing unit in the form of two nuts 4, 5 with counterweights 6, 7, loosely screwed onto the threaded section 8 of the body 1 with a layer of fixing material applied to it / not shown in the drawing /, while the weighing bars 6, 7 are fixed on the ends of the nuts 4, 5 facing outward from each other, the nuts 4, 5 are made with a rough lateral cylindrical surface, and the adjustment mechanism is made in the form of four elastic plates 9, 10, 11, 12, pairwise covering with radial clearances on both sides, the lateral surfaces of each of the nuts 4, 5 in two mutually perpendicular directions, while the plates 9, 10 and 11, 12 are pairwise cantilevered on the platform 2 and on the rigid struts 13, 14 attached to the platform 2, respectively, in perpendicular and parallel platforms 2 planes, at the free ends of the plates 9, 10, 11, 12 unbalanced masses 15, 16, 17, 18 and sections 19, 20, 21, 22 facing the nuts 4, 5 of the surfaces of the plates 9, 10, 11, 12 are placed the area of the threaded section 8 of the body 1 is made rough.

Шероховатость боковых, цилиндрических поверхностей гаек 4 и 5 создана с помощью накатки, параллельно и образующим данных поверхностей, в качестве фиксирующего материала на резьбовом участке 8 тела 1 использована медленно твердеющая контровочная смесь, в частности грунтовка 0КА - 070. Материал наносится на участок в жидком состоянии и после застывания надежно фиксирует гайки 4, 5 на теле 1, причем в случае необходимости допускает возможность снятия гаек 4,5 и проведения повторной балансировки. Шероховатость участков 19, 20, 21, 22 создана путем нанесения на пластины 9, 10, 11, 12 поперек пластин, то есть вдоль тела 1 тонких слоев резины, упругие пластины 9, 10, 11, 12 выполнены в виде плоских металлических пружин.The roughness of the lateral, cylindrical surfaces of nuts 4 and 5 was created by knurling, parallel to forming these surfaces, as a fixing material on the threaded section 8 of body 1, a slowly hardening backing mixture was used, in particular primer 0KA - 070. The material is applied to the area in a liquid state and after hardening, it securely fixes nuts 4, 5 on the body 1, and if necessary allows the possibility of removing nuts 4,5 and re-balancing. The roughness of sections 19, 20, 21, 22 is created by applying thin plates of rubber across the plates 9, 10, 11, 12 across the plates, that is, along the body 1, the elastic plates 9, 10, 11, 12 are made in the form of flat metal springs.

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

До начала процесса балансировки на резьбовой участок 8 тела 1 наносится в жидком состоянии фиксирующий материал, гайка 3 установлена между упругими пластинами 9, 10, а гайка 4 - между пластинами 11, 12. При полной уравновешенности вращающегося тела 1, то есть равенстве вектора поперечного эксцентрисетета нулю /совпадении центра масс тела 1 в поперечной плоскости с осью вращения/ вращение тела /на чертежах направление вращения показано стрелкой/ не сопровождается его колебаниями в поперечных направлениях, при этом со стороны вращающегося тела 1 к платформе 2 вибрационные возмущения не прикладываются, соответственно упругие пластины 9, 10, 11, 12 неподвижны, и между ними и боковыми поверхностями гаек 3, 4 сохраняются радиальные зазоры. При наличие неуравновешенности тела 1 будет происходить вращение вектора поперечного эксцентрисетета вместе с телом 1, сопровождающееся колебаниями вращающегося тела 1 в поперечных направлениях, и соответственно колебаниями платформы 2 на упругом основании 3 в тех же направлениях. Так, например, при прохождении вектором-эксцентрисететом горизонтального положения, когда центр масс тела 1 в поперечной плоскости смещен относительно оси вращения вправо за счет центробежных сил инерции, происходит поперечное смещение тела 1 и соответственно платформы 2 в горизонтальной плоскости также вправо. При этом правая на фиг.2 упругая пластина 10 за счет наличия в верхней своей части дебалансной массы 16 прогибается влево и прижимается участком 20 к боковой поверхности гайки 5, левая пластина 9, наоборот, еще дальше отходит от гайки 5. Очевидно, что при указанном выше направлении вращения тела 1 /фиг.1/ по часовой стрелке при взгляде справа гайка 5 повернется за счет своего контакта с пластиной 10 против часовой стрелки. При повороте вектора-эксцентрисетета вместе с телом 1 на 180 в другое горизонтальное положение, когда центр масс тела 1 будет смещен относительно его оси вращения влево, поперечное смещение тела 1 и платформы 2 в горизонтальной плоскости также произойдут влево, теперь к гайке 5 прижмется пластина 9, а пластина 10 отойдет еще дальше, гайка 5 опять повернется против часовой стрелки. Очевидно, что такой однонаправленный поворот гайки 5 с закрепленным на ней противовесом 7 будет происходить до полного устранения проекции вектора-эксцентрисетета на горизонтальную ось, и, естественно, до прекращения колебаний вращающегося тела 1 в горизонтальной плоскости. Аналогичный процесс происходит и в направлении вертикальной на фиг.2 оси, перпендикулярной платформе 2, в котором участвуют упругие пластины 11, 12 и гайка 4 с закрепленным на ней противовесом 6. Так, при прохождении вектором-эксцентрисететом тела 1 при вращении вертикального положения, когда центр масс смещен выше оси вращения тела 1, за счет действия центробежных сил инерции тело 1 и платформа 2 смещаются вверх, пластины 11 и 12 прогибаются вниз, верхняя пластина 11 входит в контакт с гайкой 4, заставляя последнюю поворачиваться против часовой стрелки. Аналогичный процесс происходит и при повороте вектора-эксцентрисетета на 180° упругие пластины 11, 12 изгибаются вверх и в контакт с гайкой 4 входит пластина 12, вращая гайку 4 опять против часовой стрелки. В результате однонаправленного поворота гайки 4 с противовесом 6 происходит полное устранение проекции вектора-эксцентрисетета на вертикальную ось. После этого вращение тела 1 останавливают и производят выдержку до застывания фиксирующего материала.Before the balancing process begins, a fixing material is applied in the liquid state to the threaded section 8 of the body 1, the nut 3 is installed between the elastic plates 9, 10, and the nut 4 between the plates 11, 12. When the rotating body 1 is completely balanced, that is, the transverse eccentricity vector is equal zero / coincidence of the center of mass of the body 1 in the transverse plane with the axis of rotation / rotation of the body / in the drawings, the direction of rotation is shown by the arrow / is not accompanied by its oscillations in the transverse directions, while from the side of the rotating body 1 to latforme 2 vibratory disturbance is not applied, the elastic plate, respectively 9, 10, 11, 12 are fixed and between them and the side surfaces of the nuts 3, 4 are retained radial clearances. If there is an imbalance of the body 1, the vector of the transverse eccentricet will rotate together with the body 1, accompanied by vibrations of the rotating body 1 in the transverse directions, and accordingly, oscillations of the platform 2 on the elastic base 3 in the same directions. So, for example, when the eccentricetet passes the horizontal position, when the center of mass of the body 1 in the transverse plane is displaced relative to the axis of rotation to the right due to centrifugal inertia, there is a transverse displacement of the body 1 and, accordingly, of the platform 2 in the horizontal plane also to the right. At the same time, the elastic plate 10, which is right in FIG. 2, due to the presence of an unbalanced mass 16 in its upper part, bends to the left and is pressed by a portion 20 to the side surface of the nut 5, the left plate 9, on the contrary, moves further away from the nut 5. Obviously, with this above the direction of rotation of the body 1 / Fig. 1 / clockwise when viewed from the right, nut 5 will rotate due to its contact with the plate 10 counterclockwise. When the eccentricity vector, together with the body 1, is rotated 180 to a different horizontal position, when the center of mass of the body 1 will be displaced relative to its axis of rotation to the left, the lateral displacement of the body 1 and platform 2 in the horizontal plane will also occur to the left, now the plate 9 is pressed against the nut 5 , and the plate 10 will move even further, the nut 5 will again turn counterclockwise. Obviously, such a unidirectional rotation of the nut 5 with the counterweight 7 fixed on it will occur until the projection of the eccentricet vector onto the horizontal axis is completely eliminated, and, naturally, until the oscillations of the rotating body 1 in the horizontal plane cease. A similar process occurs in the direction of the vertical axis in FIG. 2, perpendicular to the platform 2, in which elastic plates 11, 12 and nut 4 with a counterweight 6 are mounted on it. Thus, when the eccentric vector passes through the body 1 when the vertical position is rotated, when the center of mass is displaced above the axis of rotation of the body 1, due to the action of centrifugal inertia forces the body 1 and the platform 2 are displaced upward, the plates 11 and 12 bend down, the upper plate 11 makes contact with the nut 4, forcing the latter to rotate counterclockwise Lki. A similar process occurs when the eccentric vector rotates through 180 °, the elastic plates 11, 12 bend upward and the plate 12 comes into contact with the nut 4, rotating the nut 4 again counterclockwise. As a result of the unidirectional rotation of the nut 4 with the counterweight 6, the projection of the eccentricity vector onto the vertical axis is completely eliminated. After that, the rotation of the body 1 is stopped and the exposure is carried out until the fixing material hardens.

Таким образом, в данном устройстве происходит автоматическое и раздельное устранение составляющих проекций вектора поперечной неуравновешенности вращающегося тела на две ортогональные оси. Это позволяет предельно упростить сам процесс балансировки, абсолютно исключить все возможности неполной сходимости балансировочного процесса, то есть либо недобалансировки, либо проскакивания оптимального сбалансированного состояния использовать для балансировки простейшие режимы при абсолютном исключении любых специальных режимов. Наличие в предлагаемом устройстве отрицательной обратной связи по возмущению, проявляющееся в постепенном уменьшении в процессе балансировки вплоть до полного устранения интенсивности поперечных колебаний вращающегося тела, приводящих в действие механизм корректировки, устраняющий неуравновешенность, позволяет производить балансировку с любой, заранее заданной степенью точности; независимо от природы вращающихся тел, принципа их работы, габаритов, конфигурации и т.п. В отличие от усов в устройстве - прототипе [5] практически в любой конструкции можно найти место для размещения на участке с резьбой двух гаек с противовесами. Появление-прекращение корректирующий воздействий в предлагаемом устройстве, а также интенсивность данных воздействий полностью определяются степенью сбалансированности вращающегося тела. Если в устройстве-прототипе [5] даже при абсолютной сбалансированности тела при любом случайном воздействии при торможении вращения после окончания процесса балансировки под воздействием центробежных сил инерции возможно проскакивание сбалансированного состояния, повторный возврат к нему и т.п., то в предлагаемом устройстве за счет раздельной балансировки и наличия отрицательной обратной связи достигается плавная и раздельная сходимость балансировочного процесса по двум независимым друг от друга ортогональным направлениям. Устройство характеризуется предельной простотой, универсальностью и надежностью в работе.Thus, in this device there is an automatic and separate elimination of the component projections of the transverse imbalance vector of the rotating body on two orthogonal axes. This allows us to extremely simplify the balancing process itself, to completely eliminate all the possibilities of incomplete convergence of the balancing process, that is, either unbalancing or skipping the optimal balanced state to use the simplest modes for balancing with the absolute exclusion of any special modes. The presence in the proposed device of negative feedback on the perturbation, which manifests itself in a gradual decrease during the balancing process until the complete elimination of the intensity of the transverse vibrations of the rotating body, which actuates the correction mechanism that eliminates the imbalance, allows balancing with any predetermined degree of accuracy; regardless of the nature of the rotating bodies, the principle of their work, dimensions, configuration, etc. Unlike a mustache, in a prototype device [5] in almost any design you can find a place to place two nuts with counterweights on a threaded area. The appearance-termination of corrective actions in the proposed device, as well as the intensity of these actions are completely determined by the degree of balance of the rotating body. If in the prototype device [5] even with absolute balance of the body under any random action during rotation inhibition after the end of the balancing process under the influence of centrifugal inertia forces, a balanced state can slip through, return to it again, etc., then in the proposed device due to separate balancing and the presence of negative feedback, a smooth and separate convergence of the balancing process is achieved in two orthogonal directions independent from each other. The device is characterized by extreme simplicity, versatility and reliability.

Claims

Device for automatic balancing of rotating bodies, containing a platform for installing the body, with the possibility of elastic displacement in two mutually perpendicular directions, an adjustment mechanism located on the platform and a balancing unit in the form of two nuts with counterweights, loosely screwed onto the threaded section of the body with a fixing layer applied to it material, characterized in that the counterweights are fixed on the ends of the nuts facing outward from each other, the nuts are made with a rough lateral cylindrical surface radiance, and the adjustment mechanism is made in the form of four elastic plates, pairwise covering with radial clearances and on both sides, the side surfaces of each nut in two mutually perpendicular directions, while the plates are pairwise cantileverly mounted on the platform and on rigid struts attached to the platform, respectively, in perpendicular and planes parallel to the platform, unbalanced masses are placed on the free ends of the plates, and sections of the plate surfaces facing the nuts in the area of the threaded body portion filled with rough.