СПОСОБ ДИНАМИЧЕСКОЙ БАЛАНСИРОВКИ РОТОРОВ И КОЛЕБАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА БАЛАНСИРОВОЧНОГО СТАНКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G01M1/00 

Изобретение относится к балансировочной технике, а именно к способам и устройствам динамической балансировки роторов как в составе изделия, так и индивидуально.

На фиг.1 изображена схема балансировочного станка для осуществления способа; на фиг. 2 общий вид стоек собранных; на фиг.3 блок-схема балансировочного станка.

Способ динамической балансировки роторов осуществляют следующим образом.

Балансируемый ротор 5 устанавливают на опорах 4 подвижной системы при помощи упругих элементов 3. Осуществляют настройку системы. Для этого ослабляют шарнирно закрепленные на внутреннем ободе стоек 2 крепления концов упругих элементов 3, регулируют путем продольной деформации нагружение упругих элементов 3 так, что усилия Р_деф. деформации каждого из них равных между собой.

Величину усилия P_деф. деформации в упругих элементах 3 измеряют силоизмерительными датчиками 6, например тензометрическими, расположенными в кинематической паре упругого элемента 3 со стойкой 2 или опорой 4.

Нагружение каждого из упругих элементов 3 равными между собой усилиями Р_деф. деформации позволяет снизить влияние на измерения паразитных вибраций опор 4 за счет уменьшения инерционного воздействия невращающихся масс под действием неуравновешенности ротора 5, уменьшить влияние веса G системы ротор паразитная масса, отнести к упругим элементам 3 всю "нежесткость" системы в процессе настройки и измерений, создать такие условия, когда собственный вес балансируемого изделия 5 и инерционное воздействие невращающихся масс не оказывают существенного влияния на процесс балансировки.

Равенство усилий Р_деф. деформации каждого из упругих элементов 3 обеспечивает равенство частот (жесткостей) собственных колебаний опор 4 как необходимого условия для совпадения масштабов при действии статических и моментных дисбалансов.

Величину усилия Р_деф. деформации выбирают (в пределах действия закона Гука и условий первой Эйлеровой критической силы) равной или на 10 15% большей веса G системы ротор паразитная масса и равной или меньшей суммы веса G ротор паразитная масса и центробежной силы F_ц.с. когда F_ц.с. не равна нулю и записывают в виде условия
G≅ P_деф. ≅ G + F_ц.с., F_ц.с. ≠ 0
Выбор этих параметров позволяет установить взаимосвязь параметров вибрационного движения (частоты вращения ω) ротора 5, обусловленными жесткостью параметрами (F_ц.с., P_деф.) системы и величиной неуравновешенной массы m_i. То есть, частоту w вращения ротора и центробежную силу F_ц.с. принимают как основные параметры процесса осуществления способа.

Вращают ротор 5 с переменной частотой, не равной и не кратной частоте настройки системы, что позволяет исключить нелинейность между амплитудой вынужденных колебаний и величиной неуравновешенности ротора, исключить случайный характер колебаний системы, обеспечить устойчивость последней.

Фиксируют частоту w вращения ротора 5, при этом выполняют условие
G ≅ P_деф. G + F_ц.с., F_ц.с. ≅ 0
Измерение частоты w вращения ротора 5 осуществляют с помощью стабилизатора 17 частоты вращения таким образом, чтобы он вращался с частотой генератора 18 стабильной частоты, при этом блок 19 управления сравнивает частоту импульса с выхода усилителя 16, усиливающего сигнал с датчика 15 опорного сигнала, с частотой генератора 18 стабильной частоты и вырабатывает сигнал управления частотой w вращения привода ротора 5.

Измерение частоты w вращения ротора 5 не исключает использование стробоскопа.

При вращении неуравновешенной массы m_i ротора 5 проявляет себя центробежная сила F_ц.с., под действием которой опора 4 на упругих элементах 3 совершает пространственные колебания, изменяя тем самым усилия Р_деф. деформации упругих элементов на величину ± ΔP_деф равное величине возникающей центробежной силы F_ц.с., при этом меняются жесткость и частота вынужденных колебаний упругих элементов 3.

Текущее значение центробежной F_ц.с. силы измеряют с помощью силоизмерительных датчиков 6, например тензометрических.

Сигнал от датчика 6 после усиления в тензометрическом усилителе 8 преобразуют в электрический сигнал, который затем подают на вход многоканального осциллографа 9, где выделяют сигнал величины F_ц.с. в каждом обороте ротора 5. Блок коммутации 21, управляемый от микроЭВМ 23, подключает аналого-цифровой преобразователь 22 к выходам осциллографа 9 и блока 19 управления. Аналого-цифровой преобразователь 22 преобразует аналоговые сигналы осциллографа 9 и блока 19 управления в цифровые коды микроЭВМ 23. Последняя обрабатывает сигналы по алгоритму

где g ускорение свободного падения тела;
r радиус ротора,
и в зависимости от результата расчета выдает численное значение неуравновешенной массы m_i.

Балансировочный станок для осуществления способа содержит две подвижные стойки 2, установленные на основании 1, закрепленную в стойках 2 с помощью упругих элементов 3 подвесную систему с опорами 4.

Конструктивно упругие элементы 3 выполняют в виде стержней (прутков, проволоки, струн, тросов, торсионов), плоских лент, пружин. Материалами для упругих элементов 3 могут быть различные металлы и сплавы, ферромагнитные материалы с электроакустическим эффектом, магнитная жидкость, материалы с термомеханическим эффектом памяти.

Упругие элементы 3 установлены с возможностью изменения линейных размеров внутри обводов подвижных стоек 2 с равными угловыми промежутками относительно балансируемого изделия 5 и шарнирно закреплены одним концом на внутреннем обводе стоек 2, другим на опорах 4, а последние расположены в плоскостях, перпендикулярных оси вращения балансируемого изделия 5.

Для измерения усилия Р_деф. деформации в упругих элементах 3 станок содержит силоизмерительные датчики 6, например, тензометрические, установленные на упругих элементах 3. В общем случае силоизмерительные датчики 6 устанавливают в кинематические пары упругий элемент 3 опора 4 или упругий элемент 3 внутренний обвод стойки 2. Функцию силоизмерительных датчиков могут выполнять непосредственно и сами упругие элементы 3.

Силоизмерительные датчики 6 соединены параллельно с магазином 7 сопротивлений и тензометрическим усилителем 8, выход которого соединен с входом многоканального осциллографа 9, выходы которого соединены с входами решающего устройства 10 и блока 21 коммутации.

Станок содержит также первый переключатель 11, соединенный первым входом с выходом решающего устройства 10, селективный усилитель 12, вход которого соединен с выходом первого переключателя 11, а выход с фазовращателем 13, электронно-лучевую трубку 14, отклоняющие пластины которой соединены с выходом фазовращателя 13, датчик 15 опорного сигнала, соединенный с усилителем 16, стабилизатор 17 частоты вращения, состоящий из генератора 18 стабильной частоты и блока 19 управления, и второй переключатель 20. Первый выход генератора 18 стабильной частоты соединен с первым входом второго переключателя 20, а второй с вторым выходом первого переключателя 11. Вторые входы блока 19 управления и второго переключателя 20 соединены с усилителем 16. Выход блока 19 управления соединен с приводом балансируемого изделия 5 и входом блока 21 коммутации, с выходом которого соединен аналого-цифровой преобразователь 22. Последний соединен с микроЭВМ 23.

Место и величину дисбаланса от выделенного в многоканальном осциллографе 9 сигнала величины F_ц.с. в каждом обороте ротора 5 могут определять с выводом информации на электронно-лучевую трубку 14 согласно схеме прототипа. Для этого на вход решающего устройства 10 с выхода осциллографа 9 подают электрический сигнал величины F_ц.с. в каждом обороте ротора 5. С выхода решающего устройства 10 сигнал дисбаланса через переключатель 11 поступает на вход селективного усилителя 12, где усиливается и с помощью фазовращателя 13 разделяется на 2 сигнала, сдвинутых по фазе на 90 ^o относительно друг друга. Эти сигналы подаются на отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки 14, на экране которой образуется окружность с диаметром, пропорциональным величине дисбаланса. Одновременно на модулятор электронно-лучевой трубки 14 через переключатель 20 подается импульс с выхода усилителя 16, который формирует на окружности метку, соответствующую месту дисбаланса на роторе 5.

Пример. Измерение усилий деформации, например растяжения упругих элементов, осуществляют тензометрическим методом. В качестве силоизмерительных датчиков используют, например, тензометры типа КТД2А, КТД2Б или КТЭ2А, соответствующим образом подвергнутые тренировке и закрепляемые на поверхности упругих элементов. В качестве измерительных приборов, соединенных по соответствующей электрической схеме, используют тензометрический усилитель "Топаз-3" или "Топаз-4", осциллограф светолучевой типа К-124 ТУ 23-04-308-73, блок питания до 30 В, например, Б5-47, магазин сопротивлений измерительный типа Р 4830/1-0,05/2,5 • 10⁵ ГОСТ 7003-74 или аналогичные с характеристиками не хуже приведенных.

Измерение и запись изменения деформирующих усилий осуществляют минимум за один из периодов вращения ротора, затем выполняют обработку результатов.

Исходные данные:
Масса ротора 80 г
Допустимый остаточный дисбаланс по каждой из плоскостей коррекции D ≅ 0,12 мм
Допустимая величина неуравновешенной массы m_i ≅ 0,08 г
Радиус ротора r 12,5 мм
Усилие деформации P_деф. 105 гь

Использование: балансировочная техника. Сущность изобретения: Способ заключается в том, что ротор устанавливают на подвижной системе с двумя степенями свободы, настраивают систему так, что частоты собственных колебаний двух степеней свободы равны между собой, приводят ротор во вращение, измеряют параметры вынужденных колебаний системы и по ним определяют параметры дисбаланса ротора. Ротор на подвижной системе устанавливают при помощи упругих элементов, а настройку сиcтемы осуществляют путем продольной деформации упругих элементов так, что усилие деформации каждого из них равны между собой. За одни из параметров вынужденных колебаний системы принимают частоту вращения ротора и центробежную силу вращения ротора. Вращают ротор с переменной частотой, не равной и не кратной частоте настройки системы, измеряют текущее значение центробежной силы вращения ротора и фиксируют частоту вращения ротора, при определенном условии. Балансировочный станок содержит две подвижные стойки, закрепленную в них с помощью упругих элементов подвесную систему с опорами для установки балансируемого изделия, средство для измерения частоты вращения последнего и средство измерения усилий деформации в упругих элементах. Последние установлены с возможностью изменения линейных размеров внутри обводов подвижных стоек с равными угловыми промежутками относительно балансируемого изделия и шарнирно закреплены одним концом на внутреннем обводе стоек, другим - на опорах, которые расположены в плоскостях, перпендикулярных оси вращения балансируемого изделия. 2 с.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

1. Способ динамической балансировки роторов, заключающийся в том, что ротор устанавливают на подвижной системе с двумя степенями свободы, настраивают систему так, что частоты собственных колебаний двух степеней свободы равны между собой, приводят ротор во вращение, измеряют параметры вынужденных колебаний системы и по ним определяют параметры дисбаланса ротора, отличающийся тем, что ротор на подвижной системе устанавливают при помощи упругих элементов, настройку системы осуществляют путем продольной деформации упругих элементов так, что усилие P_деф деформации каждого из них равны между собой, за одни из параметров вынужденных колебаний системы принимают частоту вращения ротора и центробежную силу F_цбс вращения ротора, вращают ротор с переменной частотой, не равной и не кратной частоте настройки системы, измеряют текущее значение центробежной силы F_цбс вращения ротора и фиксируют частоту вращения ротора, при которой выполняется условие G ≅ P_деф ≅ G + F_цбс, F_цбс ≠ 0, где G вес системы ротор паразитная масса. 2. Балансировочный станок для осуществления способа по п.1, содержащий две подвижные стойки, установленные на основании, закрепленную в стойках с помощью упругих элементов подвесную систему с опорами для установки балансируемого изделия и средство для измерения частоты вращения последнего, отличающийся тем, что он снабжен средством измерения усилий деформации в упругих элементах, последние установлены с возможностью изменения линейных размеров внутри обводов подвижных стоек с равными угловыми промежутками относительно балансируемого изделия и шарнирно закреплены одним концом на внутреннем обводе стоек, другим на опорах, а последние расположены в плоскостях, перпендикулярных оси вращения балансируемого изделия.