СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВЕКТОРА ДИСБАЛАНСА Российский патент 1994 года по МПК G01M1/12 G01M1/22 

Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано для определения величины неуравновешенной массы и фазового угла дисбаланса при балансировке вращающихся деталей и узлов машин и механизмов.

Известен способ определения параметров вектора дисбаланса, заключающийся в том, что измеряют и регистрируют сигнал радиального перемещения вращающегося тела, и по параметрам сигнала судят о дисбалансе.

Известен способ измерения параметров вектора дисбаланса вращающихся тел, заключающийся в том, что измеряют и регистрируют сигнал максимального радиального перемещения тела, определяют фазовый угол дисбаланса относительно метки, нанесенной на упомянутое тело.

Недостатком известных способов является появление погрешности измерения, вызванной наложением сигнала от некруглости контролируемой поверхности на сигнал от неуравновешенности.

Известен способ определения параметров вектора дисбаланса, заключающийся в том, что на поверхность тела наносят ряд равномерно расположенных контрольных меток, в статическом режиме измеряют компенсирующие сигналы некруглости тела, в динамическом режиме измеряют сигналы радиального перемещения, определяют разности упомянутых сигналов и используют их при определении дисбаланса, причем сигналы от неконтролируемой поверхности блокируют.

Недостаток этого способа заключается в том, что для повышения точности измерения амплитуды и угла дисбаланса необходимо увеличивать количество меток, при этом существенно возрастает трудоемкость способа. Кроме того, точность измерения параметров дисбаланса по данному способу ограничена инерционностью измерительной системы и появлением помех при малом шаге расположения меток. При этом точность определения параметров вектора дисбаланса обеспечивается только для контролируемой поверхности тела, выполненной в виде окружности. Для вращающихся тел, имеющих прерывистую поверхность (например, зубчатые колеса), указанные параметры дисбаланса могут быть определены с большой погрешностью.

Известен способ определения угла дисбаланса ротора, заключающийся в намагничивании балансируемого изделия по окружности последовательностью импульсов, первый из которых имеет отрицательную, а остальные - положительную полярность на малой скорости вращения изделия. Угол дисбаланса определяют на рабочей скорости вращения по числу зарегистрированных импульсов положительной полярности, расположенных между импульсом отрицательной полярности и "тяжелым местом" балансируемого изделия.

Способ обладает следующими недостатками. Точность способа определяется количеством импульсов в последовательности, намагничивающих поверхность балансируемого изделия. В связи с тем, что для намагничивания применяют специальную операцию при вращении изделия на малой скорости, то известный способ обладает высокой трудоемкостью. Ряд изделий (например, пластмассовые зубчатые колеса) не поддаются намагничиванию, что сужает область применения известного способа.

Наиболее близким по технической сущности является способ определения параметров вектора дисбаланса, заключающийся в установке балансируемого изделия на амортизированное основание, приведении изделия во вращение измерении параметров колебаний основания.

Недостатки известного способа заключаются в следующем. Параметры вектора дисбаланса определяют по результатам измерения параметров колебаний основания при вращении балансируемого изделия. Погрешности элементов привода вращения изделия, колебания частоты и величины напряжения электрического тока, используемого для питания приводного электродвигателя, приводят к неравномерности вращения изделия. В результате измеряемый сигнал представляет собой сумму следующих сигналов: основной сигнал, обусловленный неуравновешенностью изделия; составляющая сигнала, обусловленная неравномерностью вращения изделия вследствие наличия погрешностей элементов привода; составляющая сигнала, обусловленная погрешностями измерительной системы. В связи с тем, что определение параметров вектора дисбаланса осуществляется на основании анализа упомянутого сигнала, то известный способ обладает недостаточно высокой точностью.

Целью изобретения является повышение точности определения параметров дисбаланса за счет устранения погрешности, вызываемой неравномерностью вращения изделия.

Поставленная цель достигается тем, что на основание помещают два идентичных дебалансных вибровозбудителя симметрично относительно оси вращения балансируемого изделия так, что оси вращения дебалансов вибровозбудителей и балансируемого изделия располагаются в одной плоскости, проходящей через центр масс основания, ось вращения балансируемого изделия совмещают с осью, проходящей через центр масс основания, на одном из вибровозбудителей наносят метку, соответствующую расположению его дисбаланса, наносят метку на балансируемое изделие, приводят в синхронное вращение балансируемое изделие и вибровозбудители, регистрируют сигналы от двух упомянутых меток, в качестве колебаний основания принимают амплитуду его круговых поступательных колебаний, угол расположения дисбаланса изделия относительно метки отсчитывают по направлению вращения баласируемого изделия, его величину определяют по формуле
α_mε=(α_o-α_д) - 180^о, где (α_o-α_д) - фазовый сдвиг сигнала α_o метки на балансируемом изделии относительно сигнала α_д метки на вибровозбудителе; величину дисбаланса балансируемого изделия определяют по формуле
m ε = 2m_д ε_д - r_оМ, где r_о - амплитуда круговых поступательных колебаний основания;
М - масса основания и инерционных элементов вибровозбудителей;
m_д ε_д - дисбаланс одного вибровозбудителя, а параметры основания выбирают из условия
_>2, где J - главный центральный момент инерции основания относительно оси вращения изделия;
r - расстояние от центра масс основания до осей вращения дебалансов вибровозбудителей.

Использование предложенного способа обеспечивает определение параметров вектора дисбаланса изделия при синхронном движении изделия и дебалансных вибровозбудителей, т.е. при установлении между ними сдвига по фазе, равного 180^о. Соблюдение условия синхронизации обеспечивает устойчивость сдвига фаз, т.е. независимость величины сдвига от колебаний скорости вращения изделия и роторов дебалансных вибровозбудителей, обусловленных погрешностями элементов привода вращения. В результате устраняется погрешность измеряемого сигнала, обусловленная неравномерностью вращения изделия, что приводит к повышению точности определения параметров вектора дисбаланса.

На фиг. 1 показана схема осуществления способа; на фиг.2 - схема определения угла расположения дисбаланса.

На амортизированное основание 1 (см. фиг.1) помещают изделие 2 и два идентичных дебалансных вибровозбудителя 3 и 4. Под амортизированным основанием понимают тело, параметры которого соответствуют следующему условию: р/ω << 1, р - частота свободных колебаний основания, ω - угловая скорость дебалансных вибровозбудителей. Ось вращения изделия 2 располагают в центре масс основания 1, вибровозбудители 3 и 4 располагают симметрично оси вращения изделия 2, а оси вращения дебалансов вибровозбудителей 3 и 4 и изделия 2 располагают в одной плоскости, проходящей через центр масс основания. Параметры основания определяют исходя из следующего условия
_>2, где М - масса основания и инерционных элементов возбудителей;
J - главный центральный момент инерции основания относительно оси вращения изделия;
r - расстояние от центра масс основания до осей вращения дебалансов вибровозбудителей. На одном из дебалансных возбудителей, например на возбудителе 3, наносят метку 8, соответствующую расположению дисбаланса; наносят метку 9 на изделие 2 или на тело, неподвижное относительно изделия 2 (например, диск 10). Дебалансные вибровозбудители 3 и 4 и изделие 2 приводят в синхронное вращение (т.е. вращение с равными угловыми скоростями и в одном и том же направлении). Привод осуществляется от асинхронных электродвигателей 5, 6 и 7.

В результате выполнения этих операций обеспечиваются условия синхронизации движений изделия и дебалансных вибровозбудителей, т.е. установление между ними сдвига по фазе величиной 180^о.

Регистрируют сигналы от метки 8 с помощью датчика 11 (сигнал А на фиг. 2) и метки 9 с помощью датчика 12 (сигнал В на фиг.2). Измеряют амплитуду r_о круговых поступательных колебаний основания 1, например с помощью индуктивных датчиков 13 и 14. Угол расположения дисбаланса α_mεизделия 2 относительно нанесенной на него метки 9 отсчитывают по ходу вращения изделия, а величину угла α_mε определяют по формуле
α_mε = (α_o-α_д) - 180^о, (1) где (α_o-α_д) - фазовый сдвиг сигнала В метки 9 на балансируемом изделии 2 относительно сигнала А метки 8 на вибровозбудителе 3. Величину дисбаланса изделия m ε определяют по формуле
m ε = 2m_д ε_д - Mr_o (2) где m_д ε_д - дисбаланс одного вибровозбудителя;
М - масса основания и инерционных элементов вибровозбудителей.

Таким образом, расчет параметров вектора дисбаланса изделия по формулам (1) и (2) позволяет повысить точность определения параметров вектора дисбаланса за счет соблюдения при измерении условий синхронного движения изделия и дебалансных возбудителей.

Способ реализуют следующим образом.

Проводили определение параметров вектора дисбаланса шлифовального круга для огранки кристаллов алмаза.

Шлифовальный круг установили на ротор, ось вращения которого проходила через центр массподвижной платформы, установленной на упругих опорах. Симметpично оси вращения шлифовального круга установили два идентичных дебалансных вибровозбудителя. Оси вибровозбудителей поместили в одной плоскости с осью вращения шлифовального круга, проходящей через центр масс платформы. На поверхность ротора дебалансного вибровозбудителя и оправку ротора шлифовального круга нанесли метки. Дебалансные вибровозбудители и шлифовальный круг привели во вращение с равными угловыми скоростями и в одном направлении. В качестве приводных электродвигателей использовали асинхронные электродвигатели 4АХУТ7182. Регистрировали сигналы от меток с помощью бесконтактных индуктивных датчиков прибора ЦИП-2 (цифровой измеритель перемещений). Измеряли амплитуду круговых поступательных колебаний платформы с помощью прибора ЦИП-2.

Основные параметры способа приведены в таблице.

Таким образом, для определения угла расположения дисбаланса изделия достаточно регистрации сдвига фаз сигналов от двух меток, одна из которых нанесена на изделие, другая - на ротор одного из двух идентичных вибровозбудителей. Для определения величины дисбаланса достаточно измерения одной величины - амплитуды круговых поступательных колебаний амортизированного основания. В результате при использовании предложенного способа обеспечивается высокая точность определения параметров вектора дисбаланса.

Использование: при балансировке вращающихся деталей и узлов машин, что позволяет повысить точность определения параметров вектора дисбаланса за счет устранения погрешности, вызываемой неравномерностью вращения балансируемого изделия 2 (И). И 2 и два идентичных дебалансных вибровозбудителя (ДВ) 3 и 4 с дисбалансом m_дε_д устанавливают на амортизированное основание (АО) 1, оси их вращения располагают в плоскости, проходящей через центр масс АО, причем ось вращения И располагают в центре масс АО, а ДВ располагают симметрично относительно оси вращения И. На одном из ДВ наносят метку 8, соответствующую расположению его дисбаланса. Наносят метку 9 на И. Приводят И и ДВ в синхронное вращение от асинхронных электродвигателей. Регистрируют сигналы от меток 8 и 9 и измеряют амплитуду r_o круговых поступательных колебаний АО. Угол α_mε расположения дисбаланса И относительно метки 9 отсчитывают по направлению вращения И, величину угла определяют по формуле α_mε=α_o-α_д-180^° , где (α_o-α_д) - фазовый сдвиг сигнала α_o метки И относительно сигнала α_д метки ротора ДВ. Величину mε дисбаланса И определяют по формуле mε=2m_дε_д-r_oM , где M - масса АО и инерционных элементов ДВ. 2 ил.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВЕКТОРА ДИСБАЛАНСА, заключающийся в том, что устанавливают балансируемое изделие на амортизированное основание, приводят балансируемое изделие во вращение и измеряют колебания основания, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, на основание помещают два идентичных дебалансных вибровозбудителя симметрично относительно оси вращения балансируемого изделия так, что оси вращения дебалансов вибровозбудителей и балансируемого изделия располагаются в одной плоскости, проходящей через центр масс основания, ось вращения балансируемого изделия совмещают с осью, проходящей через центр масс основания, на одном из вибровозбудителей наносят метку, соответствующую расположению его дисбаланса, наносят метку на балансируемое изделие, приводят в синхронное вращение балансируемое изделие и вибровозбудители, регистрируют сигналы от двух упомянутых меток, в качестве колебаний основания принимают амплитуду его круговых поступательных колебаний, угол расположения дисбаланса изделия относительно метки отсчитывают по направлению вращения балансируемого изделия, его величину определяют по формуле
α_mε = (α_о - α_д ) - 180^o ,
где (α_о - α_д ) - фазовый сдвиг сигнала α_о метки на балансируемом изделии относительно сигнала α_д метки на вибровозбудителе,
величину дисбаланса балансируемого изделия определяют по формуле
mε = 2m_дε_д - r_оM ,
где r₀ - амплитуда круговых поступательных колебаний основания;
M - масса основания и инерционных элементов вибровозбудителей,
m_дε_д - дисбаланс одного вибровозбудителя,
а параметры основания выбирают из условия
_>2,
где I - главный центральный момент инерции основания относительно оси вращения изделия;
r - расстояние от центра масс основания до осей вращения дебалансов вибровозбудителей.