СТАНОК ДЛЯ БАЛАНСИРОВКИ РОТОРОВ Российский патент 2007 года по МПК G01M1/00 

Станок для балансировки роторов относится к балансировочной технике и может быть использован для определения неуравновешенности тел вращения.

Известно устройство для балансировки /1/, содержащее станину, привод линейной вибрации, вал с упруго закрепленной на нем оправкой, на которой установлен датчик угловых колебаний оправки от неуравновешенности, и балансируемый ротор, при этом выход датчика подключен к входу схемы измерения.

Недостаток устройства в том, что для определения неуравновешенности ротора необходимо дважды осуществлять измерения: в первоначально установленном положении и после его поворота на 90 градусов. Это связано с тем, что каждый раз измеряется только проекция вектора неуравновешенности на направление, перпендикулярное направлению линейной вибрации ротора. В результате снижаются точность и производительность процесса уравновешивания.

Из известных наиболее близким по техническому решению является станок для балансировки роторов /2/, содержащий станину, закрепленную на ней посредством сферической опоры обойму с установленным валом и ротором с возможностью их осевого поворота относительно обоймы, привод с регулируемым эксцентриком, связанный с обоймой второй сферической опорой, демпфер колебаний, блок измерения неуравновешенности, включающий датчик величины неуравновешенности, установленный на обойме, датчик опорного сигнала, связанный с регулируемым эксцентриком, усилитель, преобразователь сигнала и индикаторы величины и угловой координаты неуравновешенности. Известное решение принято за прототип.

Недостаток прототипа состоит в том, что устройство не обеспечивает достаточной точности определения неуравновешенности из-за возможности возникновения поперечных колебаний вала в обойме. Кроме того, известное устройство обладает ограниченным быстродействием из-за наличия переходных процессов в колебательной системе станка.

Это ограничивает функциональные возможности прототипа.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение точности определения неуравновешенности роторов.

Это достигается тем, что в станке для балансировки роторов, содержащем станину, закрепленную посредством сферической опоры обойму с установленным валом и ротором с возможностью их осевого поворота относительно обоймы, привод с регулируемым эксцентриком, связанный с обоймой второй сферической опорой, блок измерения неуравновешенности, включающий датчик величины неуравновешенности, состоящий из основания и якоря, установленный на обойме, датчик опорного сигнала, связанный с регулируемым эксцентриком, усилитель, преобразователь сигнала и индикаторы величины и угловой координаты неуравновешенности, и демпфер, согласно предлагаемому изобретению вал, связанный с ротором, выполнен в виде полого цилиндра, а обойма - в виде вала, установленного соосно внутри полого цилиндра посредством двух упругих элементов, размещенных на краях вала, выполненных в виде перфорированных дисков равной толщины, внешние и внутренние обода которых закреплены концентрично по образующим внутренней поверхности полого цилиндра и внешней поверхности вала соответственно, а спицы, соединяющие обода диска, равномерно распределены по окружности и выполнены переменного сечения так, что минимальная толщина спиц в плоскости диска выполнена в областях соединения спиц с ободами.

Кроме того, согласно предлагаемому изобретению, датчик величины неуравновешенности выполнен в виде четырех идентичных датчиков, основания которых жестко установлены на валу на одинаковом расстоянии от его оси посредством двух диаметрально расположенных, взаимно ортогональных консолей, пропущенных с зазором через отверстия в боковой поверхности полого цилиндра, оси консолей и центры тяжести оснований датчиков выполнены совмещенными и расположены в плоскости, перпендикулярной оси вала, а якоря датчиков установлены на внешней поверхности полого цилиндра на одинаковом удалении от плоскостей их оснований попарно, по разные стороны от оси каждой консоли, обращены к якорям пары датчиков, установленных на другой консоли, датчики каждой пары включены последовательно и соединены своими выходными цепями с крайними контактами потенциометров, подвижные контакты которых подключены к точкам соединения датчиков в паре, а обе пары датчиков включены встречно последовательно.

Дополнительно согласно изобретению введен демпфер угловых колебаний вала, установленный внутри полого цилиндра симметрично по обе стороны от вала и выполненный в виде двух пар соосных сильфонов, заполненных несжимаемой жидкостью, например минеральным маслом, соединенных между собой так, что в местах соединения прилегающих кромок сильфонов установлены диафрагмы с калиброванными отверстиями, жестко связанные с внутренней поверхностью полого цилиндра в двух диаметрально расположенных точках, лежащих в плоскости, перпендикулярной оси вала, противоположные днища сильфонов, расположенные по обе стороны от вала, выполнены герметичными, жестко соединены между собой и связаны с валом в двух диаметрально расположенных точках, лежащих в плоскости, перпендикулярной оси вала и проходящей через точки связи диафрагм сильфонов с внутренней поверхностью полого цилиндра, причем оси, проходящие через диаметрально расположенные точки соединения демпфера с валом и внутренней поверхностью полого цилиндра, взаимно ортогональны.

Выполнение вала, связанного с ротором, в виде полого цилиндра, а обоймы в виде вала, установленного концентрично внутри полого цилиндра посредством двух упругих элементов, размещенных на краях вала, выполненных в виде перфорированных дисков, позволяет существенно повысить жесткость полого цилиндра и устойчивость колебательной системы, тем самым снизить поперечные колебания полого цилиндра относительно вала и, следовательно, снизить уровень помех.

Выполнение датчика величины неуравновешенности в виде четырех идентичных датчиков позволяет увеличить отношение сигнала к шуму в два раза и тем самым уменьшить влияние поперечных колебаний вала на результат измерения величины неуравновешенности.

Введение в устройство потенциометров позволяет при различной чувствительности датчиков пары выровнять уровни сигналов помехи, возникающих в датчиках каждой пары при поперечных колебаниях, что позволяет при последовательном соединении датчиков дополнительно уменьшить влияние поперечных колебаний вала на результат измерения неуравновешенности.

Введение демпфера угловых колебаний вала, выполненного в виде системы сильфонов с диафрагмами, позволяет оптимизировать переходный процесс установления вынужденных угловых колебаний ротора и, тем самым, повысить быстродействие станка без ухудшения его метрологических характеристик.

На фиг.1 схематически изображен общий вид станка для балансировки роторов, на фиг.2 дан разрез по В-В, на фиг.3 дан разрез по А-А и приведена схема соединения датчиков величины неуравновешенности, на фиг.4 дан разрез по Б-Б, на фиг.5 - структурная схема измерителя неуравновешенности.

Станок для балансировки роторов (фиг.1) включает станину 1, на которой посредством сферической опоры 2, установленной на основании 3, закреплен конец вала 4. Вал 4 установлен соосно внутри полого цилиндра 5, посредством двух упругих элементов 7 и 8 с возможностью угловых колебаний относительно общей оси вала 4 и полого цилиндра 5.

Балансируемый ротор 6 жестко установлен на полом цилиндре 5 так, что ось ротора 6 совпадает с осями полого цилиндра 5 и вала 4. Другой конец вала 4 посредством сферической опоры 9 соединен с регулируемым эксцентриком 10, закрепленным на валу привода 11, установленного на станине 1. Регулируемый эксцентрик 10 при его вращении взаимодействует с датчиком опорного сигнала 12, который вырабатывает синхронизирующий импульс, определяющий начало отсчета фазы сигнала неуравновешенности. Одновременно на валу 4 посредством консолей 13, пропущенных с зазором сквозь отверстия в боковой поверхности полого цилиндра 5, закреплены основания 14 датчиков величины неуравновешенности.

Упругие элементы (фиг.2), выполненные в виде перфорированных дисков 15 равной толщины, внешние и внутренние обода которых закреплены концентрично по образующим внутренней поверхности полого цилиндра 4 и внешней поверхности вала 5, соответственно, содержат равномерно расположенные по окружности спицы 16, соединяющие обода диска, которые выполнены с переменным сечением так, что минимальная толщина спиц в плоскости диска выполнена в областях соединения спиц с ободами.

Датчик величины неуравновешенности выполнен в виде четырех идентичных датчиков (фиг.3), основания 14 которых жестко установлены на валу 4 на одинаковом расстоянии от его оси посредством двух, диаметрально расположенных взаимно ортогональных консолей 13, пропущенных с зазором через отверстия в боковой поверхности полого цилиндра 5, оси консолей и центры тяжести оснований датчиков выполнены совмещенными и расположены в плоскости, перпендикулярной оси вала 4, а якоря 17 датчиков величины неуравновешенности жестко закреплены на внешней поверхности полого цилиндра 5 так, что якоря пары датчиков 14, установленных на одной консоли 13, обращены к якорям другой пары датчиков 14, установленных на другой консоли 13. Датчики каждой пары включены последовательно и соединены своими выходными цепями с крайними контактами потенциометров 18, подвижные контакты которых подключены к точкам соединения датчиков в паре, а обе пары датчиков включены встречно последовательно.

Введенный в устройство демпфер угловых колебаний (фиг.4), установленный внутри полого цилиндра 5 симметрично по обе стороны вала 4, выполнен в виде двух пар соосных сильфонов 19, соединенных между собой так, что в местах соединения прилегающих кромок сильфонов установлены диафрагмы 20 с калиброванными отверстиями, жестко связанные с внутренней поверхностью полого цилиндра в двух диаметрально расположенных точках, лежащих в плоскости, перпендикулярной оси вала, противоположные днища сильфонов, расположенные по обе стороны от вала, выполнены герметичными, жестко соединены между собой и связаны с валом в двух диаметрально расположенных точках, лежащих в плоскости, перпендикулярной оси вала и проходящей через точки связи диафрагм сильфонов с внутренней поверхностью полого цилиндра, причем оси, проходящие через диаметрально расположенные точки соединения демпфера с валом и внутренней поверхностью полого цилиндра, взаимно ортогональны.

Измеритель неуравновешенности (фиг.5) содержит усилитель 21, принимающий выходной сигнал с датчика величины неуравновешенности 14, преобразователь сигнала 22, индикаторы величины и угловой координаты неуравновешенности 23 и 24, причем преобразователь сигнала 22 принимает выходные сигналы с датчика опорного сигнала 12 и выхода усилителя 21, а выходы преобразователя подключены к входам индикатора 23 величины неуравновешенности и индикатора 24 угловой координаты неуравновешенности.

В процессе балансировки ротора при работающем станке при возникновении поперечных колебаний полого цилиндра 5 относительно вала 4 в датчиках каждой пары (фиг.3) наводятся э.д.с. разной полярности, поскольку якорь 17 одного из датчиков под действием возмущающего воздействия приближается к обойме 14, а якорь другого датчика в то же время удаляется от обоймы. Но неидентичность параметров, обусловленная недостатками в производстве, приводит к тому, что амплитудные значения э.д.с. в датчиках пары не равны, компенсации помехи не происходит. Чтобы выровнять амплитудные значения э.д.с. помехи, в схему введены потенциометры 18, которые позволяют изменением положения подвижного контакта свести помеху к минимуму.

Для исключения проворота вала 4 относительно станины 1 применена гофрированная мембрана 25, установленная между валом 4 и основанием 3.

Станок для балансировки роторов работает следующим образом.

Эксцентриком 10 смещают ось вала 4 относительно оси вращения вала привода 11 на расстояние (0,5...1,5) мм. При включенном питании привода 11 вал 4 совершает круговое колебание относительно сферической опоры 2. При наличии неуравновешенности ротор 6 вместе с полым цилиндром 5 совершают осевые колебания, амплитуда и фаза которых пропорциональна величине и угловому положению дисбаланса. Осевые колебания полого цилиндра 5 относительно вала 4 измеряются четырьмя датчиками величины неуравновешенности с основаниями 14 и якорями 17. На выходе этих датчиков формируется сигнал синусоидальной формы, который усиливается усилителем 21, обрабатывается вместе с сигналом с опорного датчика 12 в преобразователе 22. Результаты обработки выдаются в индикаторы величины и угловой координаты неуравновешенности 23 и 24.

Источники информации

1. Патент ФРГ № 1007522, кл. 42к, 33, 1959 г.

2. Патент РФ № 2105962, кл. МПК G01m 1/38, 1998 г. (прототип).

Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано для определения неуравновешенности тел вращения. Устройство содержит станину, закрепленную посредством сферической опоры обойму с установленным валом и ротором с возможностью их осевого поворота относительно обоймы, привод с регулируемым эксцентриком, связанный с обоймой второй сферической опорой, блок измерения неуравновешенности, включающий датчик величины неуравновешенности, состоящий из основания и якоря, установленный на обойме, датчик опорного сигнала, связанный с регулируемым эксцентриком, усилитель, преобразователь сигнала и индикаторы величины и угловой координаты неуравновешенности и демпфер. Вал, связанный с ротором, выполнен в виде полого цилиндра, а обойма - в виде вала, установленного соосно внутри полого цилиндра посредством двух упругих элементов, размещенных на краях вала. Упругие элементы выполнены в виде перфорированных дисков равной толщины, внешние и внутренние обода которых закреплены концентрично по образующим внутренней поверхности полого цилиндра и внешней поверхности вала соответственно, а спицы, соединяющие обода диска, равномерно распределены по окружности и выполнены переменного сечения так, что минимальная толщина спиц в плоскости диска выполнена в областях соединения спиц с ободами. Технический результат заключается в повышении точности определения неуравновешенности роторов. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Станок для балансировки роторов, содержащий станину, закрепленную посредством сферической опоры обойму с установленным валом и ротором с возможностью их осевого поворота относительно обоймы, привод с регулируемым эксцентриком, связанный с обоймой второй сферической опорой, блок измерения неуравновешенности, включающий датчик величины неуравновешенности, состоящий из основания и якоря, установленный на обойме, датчик опорного сигнала, связанный с регулируемым эксцентриком, усилитель, преобразователь сигнала и индикаторы величины и угловой координаты неуравновешенности и демпфер, отличающийся тем, что вал, связанный с ротором, выполнен в виде полого цилиндра, а обойма - в виде вала, установленного соосно внутри полого цилиндра посредством двух упругих элементов, размещенных на краях вала, выполненных в виде перфорированных дисков равной толщины, внешние и внутренние обода которых закреплены концентрично по образующим внутренней поверхности полого цилиндра и внешней поверхности вала соответственно, а спицы, соединяющие обода диска, равномерно распределены по окружности и выполнены переменного сечения так, что минимальная толщина спиц в плоскости диска выполнена в областях соединения спиц с ободами.2. Станок по п.1, отличающийся тем, что в устройство введены два потенциометра и датчик величины неуравновешенности выполнен в виде четырех идентичных датчиков, основания которых жестко установлены на валу на одинаковом расстоянии от его оси посредством двух диаметрально расположенных, взаимно ортогональных консолей, пропущенных с зазором через отверстия в боковой поверхности полого цилиндра, оси консолей и центры тяжести оснований датчиков выполнены совмещенными и расположены в плоскости, перпендикулярной оси вала, а якоря датчиков установлены на внешней поверхности полого цилиндра на одинаковом удалении от плоскостей их оснований попарно, по разные стороны от оси каждой консоли обращены к якорям пары датчиков, установленных на другой консоли, датчики каждой пары включены последовательно и соединены своими выходными цепями с крайними контактами потенциометров, подвижные контакты которых подключены к точкам соединения датчиков в паре, а обе пары датчиков включены встречно последовательно.3. Станок по п.1, отличающийся тем, что демпфер угловых колебаний вала установлен внутри полого цилиндра симметрично по обе стороны от вала и выполнен в виде двух пар соосных сильфонов, заполненных несжимаемой жидкостью, например минеральным маслом, соединенных между собой так, что в местах соединения прилегающих кромок сильфонов установлены диафрагмы с калиброванными отверстиями, жестко связанные с внутренней поверхностью полого цилиндра в двух диаметрально расположенных точках, лежащих в плоскости, перпендикулярной оси вала, противоположные днища сильфонов, расположенные по обе стороны от вала, выполнены герметичными и жестко соединены между собой и связаны с валом в двух диаметрально расположенных точках, лежащих в плоскости, перпендикулярной оси вала и проходящей через точки связи диафрагм сильфонов с внутренней поверхностью полого цилиндра, причем оси, проходящие через диаметрально расположенные точки соединения демпфера с валом и внутренней поверхностью полого цилиндра, взаимно ортогональны.