TWI537494B - 振動抑制裝置 - Google Patents

Description

振動抑制裝置

本發明係有關於一種振動抑制裝置，特別是一種旋轉主軸偏心振動抑制裝置，其可設置於工具機之旋轉主軸上，以抑制旋轉主軸因偏心所產生的振動。

在工具機產業的發展中，係以磨床、車床、銑床等等具有旋轉主軸之工具機為其主要的核心。然而，在加工的過程中，由於材質的不均勻及加工與裝配過程中產生的誤差，經常會導致工具機之旋轉主軸自然產生偏心的情況，因此，在旋轉的過程中將產生一偏心外力並經由支撐軸承傳遞至加工表面及機台上，這種情況將會引起異常的振動或噪音，並且也會導致加工精度降低及大幅地縮短工具機的工作壽命。

一般而言，為了抑制工具機因旋轉主軸偏心所產生的振動，經常採用單面平衡(靜平衡)與雙面平衡(動平衡)技術，以及效率與精度較高的工藝平衡法，甚至是改善工藝平衡法技術缺點的整機現場動平衡校正技術。但平衡儀價格不菲，另外，使用平衡儀校正時，必須停止工具機的運轉，因此會降低生產效率。

當偏心的狀況產生時(例如砂輪機之砂輪片磨耗及剝落導致其質量分布不均)，此將產生旋轉軸徑向的振動。其中一種校正偏心的方式是利用磨齒機並透過動平衡技術校正砂輪之偏心，這種方式必須先將機台停機並量測砂輪偏心量與偏心位置，再適當地修補砂輪片使其達到動平衡。另外一種 方式則是利用目前市面上常用的主動式動態平衡校正器，其主要是藉由分析系統振動訊號以計算得到偏心量與偏心位置，並自動將校正質量塊放置在與偏心位置相反之相位以達到系統動平衡。

由上述可知，透過磨齒機之校正方式需要額外的電力供應，且以上兩種常見動平衡校正方式都必須要停機以進行校正，上述二種方式均會降低生產效率。另外，上述二種方式裝配較為複雜且成本較高。

中華民國公告第M259159號揭露一種轉動平衡裝置，包含一轉動平衡機構、一轉動平衡量測器、一動平衡分析儀及一電磁鐵電流控制器，利用即時改變電磁鐵通電電流之大小來改變磁鐵磁力大小，進而改變配重元件之位置以達成動平衡之目的。然而，此轉動平衡裝置則要額外的量測器、分析儀及電磁鐵等等裝置，因此結構複雜，且成本極高。

中華民國公告第329464號揭露一種動態吸振器，其包含一可動重量部、可動部磁鐵組合件、固定部、固定部磁鐵組合件與一導體片之組件，其利用可動重量部在移動過程中受可動部磁鐵組與固定部磁鐵組的吸力與斥力之影響藉此達到振動吸收之功能。同樣的，此動態吸振器則要額外的磁鐵等等裝置，因此結構複雜，且成本也較高。

因此，如何提出一種振動抑制裝置，能夠有效改善習知技藝之裝置需要停機進行校正而導致生產效率降低、需要額外的電力供應、結構複雜、裝配麻煩、結構複雜及成本高的情況已成為一個刻不容緩的問題。

有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之其中一目的就是在提供一種振動抑制裝置，以解決習知技藝之裝置需要停機進行校正而導致生產效率降低、需要額外的電力供應、結構複雜、裝配麻煩、結構複雜及成本高等等 問題。

根據本發明之其中一目的，提出一種振動抑制裝置，可設置於工具機之旋轉主軸上以抑制旋轉主軸因偏心所產生的振動。此裝置可包含環狀外框、質量塊及複數個彈性元件。質量塊可設置於環狀外框之中央。各個彈性元件之一端可固定於環狀外框上，各個彈性元件之另一端則固定於質量塊上，該些彈性元件可為等間隔設置。

在一實施例中，該些彈性元件可為等間隔設置。

在一實施例中，環狀外框可為環狀組合件。

在一實施例中，環狀組合件可包含第一上金屬環及第一下金屬環。

在一實施例中，第一上金屬環可包含複數個第一套筒，第一下金屬環可包含複數個第一螺孔，該些第一螺孔可對應於該些第一套筒。

在一實施例中，振動抑制裝置可更包含複數個第一固定件，該些第一固定件可分別穿過該些第一套筒及對應的該些第一螺孔，以固定第一上金屬環及第一下金屬環。

在一實施例中，質量塊可包含第二上金屬環及第二下金屬環。

在一實施例中，第二上金屬環可包含複數個第二套筒，第二下金屬環可包含複數個第二螺孔，該些第二螺孔可對應於該些第二套筒。

在一實施例中，振動抑制裝置可更包含複數個第二固定件，該些第二固定件可分別穿過該些第二套筒及對應的該些第二螺孔，以固定第二上金屬環及第二下金屬環。

在一實施例中，該些彈性元件可分別固定於該些第一套筒上及對應的該些第二套筒上。

在一實施例中，工具機可為磨床、車床或銑床等等。

在一實施例中，彈性元件可為彈簧。

在一實施例中，彈性外框更可包含複數個插銷孔，其可等間隔地設置於環狀外框之周圍。

在一實施例中，當旋轉主軸靜止時，質量塊之中心可正對於旋轉主軸之軸心。

在一實施例中，該些彈性元件的剛性與該振動抑制裝置之自然頻率有關。

承上所述，依本發明之振動抑制裝置，其可具有一或多個下述優點：

(1)本發明之振動抑制裝置可以直接安裝於工具機之旋轉主軸上‘並於工具機作動時自動抑制其旋轉主軸因偏心所產生的振動，因此，工具機不需要停機進行校正，有效地提升了生產效率。

(2)本發明之振動抑制裝置主要是利用質量塊會自動移動至和偏心位置呈相反相位處的特點，以提供旋轉主軸一反向慣性力與偏心外力相抵消，進而降低不平衡量而達到振動抑制之目的，故不需要透過電力來進行驅動，故可有效地節省電力，降低成本，使用上也較方便。

(3)本發明之振動抑制裝置可僅包含環狀外框、質量塊及彈性元件等等簡單的元件，不需要利用平衡儀、量測器或磁鐵等等裝置，因此結構簡單，且成本極低。

(4)本發明之振動抑制裝置可僅透過簡單的支撐臂固定於旋轉主軸上，使振動抑制裝置之質量塊之中心對準旋轉主軸之軸心即完成裝配，因此裝配極為簡單且快速。

(5)本發明之振動抑制裝置可透過調整該些彈性元件的剛性來改變振動抑制裝置的自然頻率，因此可以應用多種不同規格的工具機，應用的範圍更為廣泛。

1‧‧‧旋轉主軸偏心振動抑制裝置

11‧‧‧質量塊

11a‧‧‧第二上金屬環

11b‧‧‧第二下金屬環

112‧‧‧第二套筒

12‧‧‧彈性元件

13‧‧‧環狀外框

13a‧‧‧第一上金屬環

13b‧‧‧第一下金屬環

131‧‧‧插銷孔

132‧‧‧第一套筒

133‧‧‧支撐臂

2‧‧‧磨輪機

21‧‧‧馬達

22‧‧‧聯軸器

23‧‧‧旋轉主軸

24‧‧‧後軸承

25‧‧‧前軸承

26‧‧‧磨輪片

27‧‧‧底座

第1圖 係為本發明之振動抑制裝置之第一實施例之示意圖。

第2a圖 係為本發明之振動抑制裝置之第二實施例之第一示意圖。

第2b圖 係為本發明之振動抑制裝置之第二實施例之第二示意圖。

第3圖 係為本發明之振動抑制裝置之第三實施例之示意圖。

以下將參照相關圖式，說明依本創作之振動抑制裝置之實施例，為了清楚與方便圖式說明之故，圖式中的各部件在尺寸與比例上可能會被誇大或縮小地呈現，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。

請參閱第1圖，其係為本發明之振動抑制裝置之第一實施例之示意圖。如圖所示，旋轉主軸偏心振動抑制裝置1可包含環狀外框13、質量塊11及複數個彈性元件12。

質量塊11可設置於環狀外框13之中央。各個彈性元件12之一端可固定於環狀外框上，另一端則固定於質量塊11上，該些彈性元件12之間的距離可為相等，使質量塊11位於環狀外框13內部之正中間位置。彈性外框13可包含複數個插銷孔131，該些插銷孔131可等間隔地設置於環狀外框13之周圍。此彈性元件12可為彈簧或其它類似的元件。

旋轉主軸偏心振動抑制裝置1可以設置於多種工具機上，例如磨床、車床或銑床等等。在設置時，可以透過多個支撐臂來達成，其中，各個支撐臂之一端可穿設於一插銷孔131中，而另一端則可固定於一工具機之旋轉主軸上，使旋轉主軸之軸心對準旋轉主軸偏心振動抑制裝置1之質量塊 11，如此旋轉主軸偏心振動抑制裝置1能在工具機運轉時與其旋轉主軸同步旋轉。

而當工具機開始運轉直到其旋轉主軸之轉速接近旋轉主軸偏心振動抑制裝置1之自然頻率時，通常此時振動會達到最大。此時旋轉主軸偏心振動抑制裝置1的質量塊11將自動移動至和偏心位置呈相反相位處以提供旋轉主軸一反向慣性力與偏心外力相抵消，如此一來，旋轉主軸則較不會受到偏心外力的影響，因此能有效降低不平衡量而達到振動抑制之功能，以即時實現動平衡。由於因旋轉主軸偏心所造成的振動已被有效地抑制，故工具機的加工精度可以保持，使用壽命也不會降低，且由於旋轉主軸偏心振動抑制裝置1在工具機運轉前已設置完畢，故不需要停機也可進行校正，生產效率能夠得到提升。

請參閱第2a圖及第2b圖，其係為本發明之振動抑制裝置之第二實施例之第一及第二示意圖。本實施例說明本發明之旋轉主軸偏心振動抑制裝置1之其中一種結構的設計。如圖所示，旋轉主軸偏心振動抑制裝置1可包含環狀外框13、質量塊11及複數個彈性元件12。

如第2a圖所示，環狀外框13可以是一個環狀組合件，其可包含第一上金屬環13a及一第一下金屬環13b。第一上金屬環13a可包含複數個第一套筒132，第一下金屬環13b可包含複數個第一螺孔，該些第一螺孔係對應於該些第一套筒132設置。第一上金屬環13a及第一下金屬環13b可透過複數個固定件f固定，該些固定件f分別穿過第一上金屬環13a之該些第一套筒132及對應的第一下金屬環13b之該些第一螺孔，藉此鎖固第一上金屬環13a及第一下金屬環13b。

如第2b圖所示，同樣的，質量塊11也可以是一個環狀組合件，其可包含第二上金屬環11a及第二下金屬環11b。第二上金屬環11a可包含複數 個第二套筒112，第二下金屬環11b係包含複數個第二螺孔，該些第二螺孔係對應於該些第二套筒。第二上金屬環11a及第二下金屬環11b可透過複數個固定件f固定，該些固定件f分別穿過第二上金屬環11a之該些第二套筒112及對應的第二下金屬環11b之該些第二螺孔，藉此鎖固第二上金屬環11a及第二下金屬環11b。該些彈性元件12可分別固定於該些第一套筒132上及對應的該些第二套筒112上。各個彈性元件12的兩端均由一對套筒固定，如此可確保彈性元件12在質量塊11與環狀外框13間具有一定的對心度，使質量塊11能夠位於環狀外框13內部之正中央。

旋轉主軸偏心振動抑制裝置1可以設置於工具機之旋轉主軸上，使旋轉主軸之軸心對準旋轉主軸偏心振動抑制裝置1之質量塊11，當工具機開始運轉直到其旋轉主軸之轉速接近旋轉主軸偏心振動抑制裝置1之自然頻率時，旋轉主軸偏心振動抑制裝置1的質量塊11將自動移動至和偏心位置呈相反相位處以提供旋轉主軸一反向慣性力與偏心外力相抵消，以即時實現動平衡，使旋轉主軸偏心所造成的振動被抑制，以提升生產效率。其中，可藉由使用具有不同剛性的彈性元件12來改變旋轉主軸偏心振動抑制裝置1之自然頻率，使其可以適用於不同規格的工具機。

當然，上述的結構設計僅為本發明之其中一個實施態漾，本發明之振動抑制裝置可以利用其它多種不同的結構設計來實現，本發明並不以此為限。

值得一提的是，習知技藝之裝置在進行校正或調整時，均需要在工具機停機時才能進行相關的操作。相反的，本發明之振動抑制裝置可以事先安裝於工具機之旋轉主軸上，當工具機因主軸偏心而發生振動時，本發明之振動抑制裝置可以透過上述的機制即時實現動平衡，因此工具機仍然可以繼續工作，不需要中止目前的作業，故工具機之生產效率可以有效提升。

又，習知技藝之裝置裝配較為複雜，使用不便。相反的，本發明之振動抑制裝置可透過簡易的方式固設於工具機之旋轉主軸上，使振動抑制裝置之質量塊之中心對準旋轉主軸之軸心即完成裝配，因此裝配簡單快速，有效地改進了習知技藝之缺失。

另外，習知技藝之裝置通常需要利用其它的量測器或磁鐵等等元件來實現其功能。相反的，本發明之振動抑制裝置係透過其質量塊經由振動模態的效應自動移動至和偏心位置呈相反相位處，以提供工具機之旋轉主軸一反向慣性力與偏心外力相互抵消，藉此有效降低不平衡量而達到振動抑制的效果，這種方式不需要任何量測器或其它元件即可以實現，且結構簡單，因此其成本可以大幅降低。由上述可知，本發明實具進步性之專利要件。

請參閱第3圖，其係為本發明之振動抑制裝置之第三實施例之示意圖。本實施例係說明本發明之旋轉主軸偏心振動抑制裝置1之實際應用之一實施例。

如圖所示，旋轉主軸偏心振動抑制裝置1可透過複數個支撐臂133設置於磨輪機2之旋轉主軸23上。磨輪機2包含馬達21、聯軸器22、旋轉主軸23、後軸承24、前軸承25、磨輪片26及底座27。馬達21經由後軸承24與前軸承25支撐固定在底座27，並透過聯軸器22驅動旋轉主軸23，旋轉主軸23末端具有磨輪片26，旋轉主軸偏心振動抑制裝置1經由兩對支撐臂133固定在磨輪片26上並使其質量塊之中心對準旋轉主軸23之軸心。當磨輪機2開始運作直到其旋轉主軸23之轉速接近旋轉主軸偏心振動抑制裝置1之自然頻率時，旋轉主軸偏心振動抑制裝置1的質量塊將經由振動模態的效應自動移動至和偏心位置呈相反相位處，以提供旋轉主軸23一反向慣性力與偏心外力相抵消而有效降低不平衡量，進而達到振動抑制之功 能，以即時實現動平衡，使磨輪機2能夠有較高的效能，且能保持其生產效率。

綜上所述，本發明之振動抑制裝置可以透過簡單的設置方式直接安裝於工具機之旋轉主軸上，並於工具機作動時透過特殊的機制自動抑制其旋轉主軸因偏心所產生的振動，不但可以保持工具機的加工精度，也可以延長工具機的使用壽命，且工具機不需要停機進行校正，有效地提升了生產效率。

本發明之振動抑制裝置可以利用質量塊會自動移動至和偏心位置呈相反相位處的特點，以提供旋轉主軸一反向慣性力與偏心外力相抵消，進而降低不平衡量而達到振動抑制之目的，故不需要透過電力來進行驅動，故可有效地節省電力，降低成本，使用上也較方便。

又，本發明之振動抑制裝置可以利用數種簡單的元件來組成，故不需要使用到平衡儀、量測器或磁鐵等等裝置，因此結構簡單，且成本能夠降低。

此外，本發明之振動抑制裝置可僅透過支撐臂或其它簡易的方式固定於旋轉主軸上，使振動抑制裝置之質量塊之中心對準旋轉主軸之軸心即完成裝配，因此裝配簡單快速，使用上很方便。

再者，本發明之振動抑制裝置可透過調整該些彈性元件的剛性來改變振動抑制裝置的自然頻率，因此可以依照工具機的規格來自由調整，應用的範圍較習知技藝廣泛。

可見本發明在突破先前之技術下，確實已達到所欲增進之功效，且也非熟悉該項技藝者所易於思及，其所具之進步性、實用性，顯已符合專利之申請要件，爰依法提出專利申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵創作，至感德便。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。其它任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應該包含於後附之申請專利範圍中。

1‧‧‧旋轉主軸偏心振動抑制裝置

11‧‧‧質量塊

12‧‧‧彈性元件

13‧‧‧環狀外框

131‧‧‧插銷孔

Claims (15)

1. 一種振動抑制裝置，係設置於一工具機之一旋轉主軸上以抑制該旋轉主軸因偏心所產生的振動，係包含：一第一環狀外框；一質量塊，係設置於該環狀外框之中央；以及複數個彈性元件，各個該彈性元件之一端係固定於該環狀外框，各個該彈性元件之另一端則固定於該質量塊上；其中，當該振動抑制裝置設置於該工具機之該旋轉主軸上時，該質量塊係對應於該旋轉主軸之一軸心。
2. 如申請專利範圍第1項所述之振動抑制裝置，其中，該些彈性元件係為等間隔設置。
3. 如申請專利範圍第1項所述之振動抑制裝置，其中該環狀外框係為一環狀組合件。
4. 如申請專利範圍第3項所述之振動抑制裝置，其中該環狀組合件係包含一第一上金屬環及一第一下金屬環。
5. 如申請專利範圍第4項所述之振動抑制裝置，其中該第一上金屬環係包含複數個第一套筒，該第一下金屬環係包含複數個第一螺孔，該些第一螺孔係對應於該些第一套筒。
6. 如申請專利範圍第5項所述之振動抑制裝置，更包含複數個第一固定件，該些第一固定件分別穿過該些第一套筒及對應的該些第一螺孔，以固定該第一上金屬環及該第一下金屬環。
7. 如申請專利範圍第6項所述之振動抑制裝置，其中該質量塊係包含一第二上金屬環及一第二下金屬環。
8. 如申請專利範圍第7項所述之振動抑制裝置，其中該第二上金屬環係 包含複數個第二套筒，該第二下金屬環係包含複數個第二螺孔，該些第二螺孔係對應於該些第二套筒。
9. 如申請專利範圍第8項所述之振動抑制裝置，更包含複數個第二固定件，該些第二固定件分別穿過該些第二套筒及對應的該些第二螺孔，以固定該第二上金屬環及該第二下金屬環。
10. 如申請專利範圍第9項所述之振動抑制裝置，該些彈性元件係分別固定於該些第一套筒上及對應的該些第二套筒上。
11. 如申請專利範圍第1項所述之振動抑制裝置，其中該工具機係包含磨床、車床或銑床。
12. 如申請專利範圍第1項所述之振動抑制裝置，其中該彈性元件係為彈簧。
13. 如申請專利範圍第1項所述之振動抑制裝置，其中該環狀外框更包含複數個插銷孔，係等間隔地設置於該環狀外框之周圍。
14. 如申請專利範圍第1項所述之振動抑制裝置，其中當該旋轉主軸靜止時，該質量塊之中心係正對於該旋轉主軸之軸心。
15. 如申請專利範圍第1項所述之振動抑制裝置，其中該些彈性元件的剛性係與該振動抑制裝置之一自然頻率有關。