БАЛАНСИРОВОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ШЛИФОВАЛЬНОЙ МАШИНЫ ДЛЯ БАЛАНСИРОВКИ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ШПИНДЕЛЯ И СПОСОБ БАЛАНСИРОВКИ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ШПИНДЕЛЯ Российский патент 2024 года по МПК G01M1/36 

Настоящее изобретение относится к балансировочному устройству и способу, относящихся к типу, указанному в преамбуле первого пункта формулы изобретения.

В частности, настоящее изобретение относится к устройству, включающему в себя специальную систему обнаружения вибраций для обеспечения оптимальной балансировки вращающегося тела.

Как хорошо известно, в балансировочных устройствах для вращающихся тел обычно используют датчики для измерения уровня дисбаланса вращающегося тела с целью его корректировки. Эти датчики обычно являются акселерометрами, выполненными с возможностью измерения вибраций.

Датчик (датчики), используемый для обнаружения любых вибраций, которые воздействуют на вращающееся тело, обычно расположен на внешней поверхности вращающегося тела и выполнен с возможностью оценки вибраций в радиальном направлении относительно него. Таким образом, датчик вибрации работает по существу перпендикулярно оси вращения тела в предпочтительном направлении.

Как только вибрации были обнаружены во время вращения, степень дисбаланса, которому подвергается вращающееся тело, может быть оценена в радиальном направлении. После определения дисбаланса уравновешивающими массами, находящимися внутри вращающегося тела, можно управлять таким образом, чтобы оказывать воздействие, противоположное дисбалансу, так чтобы убрать или в любом случае уменьшить вибрации, связанные с телом в рамках предварительно установленных пределов допуска.

Описанный предшествующий уровень техники имеет несколько основных недостатков.

В некоторых применениях для механических станков, в частности шлифовальных станков, и, в частности, для шестерней, описанный выше известный уровень техники может быть неоптимальным из-за изменяющегося положения вращающихся тел.

Следовательно, основным недостатком известного уровня техники является то, что он в любом случае не позволяет достичь чрезвычайно высокой и почти идеальной точности балансировки вращающихся тел, за исключением некоторых очень особых случаев.

Кроме того, в машинах, в которых используют вращающиеся тела с изменяющимся положением, направление резки может зависеть от обрабатываемой детали, например, формы профилей зубьев шестерни, и, следовательно, оптимизация использования одноосного датчика может быть сделана только для конкретного положения.

Для того, чтобы адаптировать машину к различным положениям, оптимизацию следует повторить для каждого типа тела или положения, и потребуется физическое перемещение датчика. Однако это невозможно для автоматических машин такого типа.

В этом контексте техническая задача, лежащая в основе настоящего изобретения, состоит в том, чтобы разработать балансировочное устройство для вращающихся тел, которое способно по существу устранить по меньшей мере некоторые из вышеупомянутых недостатков.

В рамках указанной технической задачи одной важной целью изобретения является создание балансировочного устройства, которое обеспечивает высокоточную балансировку вращающегося тела.

Другой важной целью изобретения является создание балансировочного устройства, которое обеспечивает эффективную коррекцию дисбаланса из-за вибраций, которые воздействуют на вращающееся тело, за очень короткое время.

В заключение, важной целью изобретения является создание устройства, которое способно само приспосабливаться к различным типам положения в зависимости от обрабатываемого тела, не требуя физического перемещения.

Техническую задачу и указанные цели достигают с помощью балансировочного устройства и способа, которые заявлены в пункте 1 прилагаемой формулы изобретения.

Предпочтительные варианты осуществления описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Характеристики и преимущества изобретения будут пояснены в следующих подробных описаниях некоторых предпочтительных вариантов осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

на Фиг. 1 показана функциональная схема балансировочного устройства согласно изобретению; а

на Фиг. 2 показана схема средств обработки балансировочного устройства согласно изобретению.

В настоящем документе показатели, значения, формы и геометрические ссылки (такие как перпендикулярность и параллельность) при использовании с такими словами, как «примерно» или другими подобными терминами, такими как «приблизительно» или «по существу», следует понимать как исключающие ошибки измерения или неточности из-за производственных ошибок и/или ошибок при изготовлении, и, прежде всего, исключающие небольшое отклонение от значения, показателя, формы или геометрической ссылки, с которыми они связаны. Например, эти термины, если они связаны со значением, предпочтительно указывают на отклонение не более чем на 10% от указанного значения.

Кроме того, при использовании такие термины, как «первый», «второй», «выше», «ниже», «основной» и «вспомогательный», не обязательно обозначают порядок, приоритетное расположение или относительное положение, но могут быть просто использованы для более четкого отличия различных компонентов друг от друга.

Измерения и данные, содержащиеся в этом тексте, должны быть рассмотрены, если не указано иное, как выполненные в Международной стандартной атмосфере ИКАО (ISO 2533:1975).

Со ссылкой на Фигуры, балансировочное устройство согласно изобретению обозначено в целом цифрой 1.

Устройство 1 предпочтительно выполнено с возможностью соединения с обрабатывающей машиной, воздействующей на вращающееся тело 4.

Вращающееся тело 4 может быть любого типа, например шпинделем, на котором установлен обрабатывающий инструмент, такой как шлифовальный круг, и может быть выполнено с возможностью взаимодействия с вращающимся валом, содержащим одну или несколько шестерен или другие детали, которые обычно обрабатывают. Таким образом, обрабатывающая машина может быть шлифовальной машиной или машиной другого типа, которая выполнена с возможностью использования вращающихся тел 4, например, для дистанционной обработки.

Устройство 1 предпочтительно дополнительно содержит средства 2 обнаружения.

Средства 2 обнаружения выполнены с возможностью обнаружения вибрационных напряжений, создаваемых вращающимся телом 4 во время вращения. Следовательно, эти вибрационные напряжения могут проходить в любом направлении. Например, они могут проходить в радиальном направлении относительно вращающегося тела 4, или они могут образовывать компоненты, по существу параллельные самому вращающемуся телу 4.

Предпочтительно, средства 2 обнаружения имеют такую конфигурацию, чтобы позволить выполнить обнаружение вибрационных напряжений вдоль по меньшей мере двух взаимно непересекающихся направлений обнаружения.

Более подробно, средства 2 обнаружения имеют такую конфигурацию, чтобы позволить выполнить обнаружение вибрационных напряжений вдоль трех взаимно перпендикулярных направлений обнаружения, определяющих упорядоченную триаду.

Для того, чтобы обнаруживать напряжения в различных направлениях, средства 2 обнаружения могут включать в себя один или несколько датчиков 20.

Датчик 20 представляет собой датчик, выполненный с возможностью обнаружения вибрационного напряжения по меньшей мере в одном направлении обнаружения. Он предпочтительно представляет собой акселерометр.

Следовательно, устройство 1 может включать в себя множество датчиков 20 для каждого направления обнаружения, имея по существу датчик 20, относящийся, в частности, к одному компоненту вибрационных напряжений.

В другом случае устройство 1 может включать в себя датчик 20, выполненный с возможностью обнаружения компонентов вдоль всех направлений обнаружения напряжений.

Более подробно, датчик 20 предпочтительно представляет собой многоосный акселерометр, более предпочтительно двухосный и наиболее предпочтительно трехосный акселерометр. Примером таких датчиков является акселерометр PCB-IMI модели 354С03.

Соответственно, датчик 20 расположен на вращающемся теле 4 и перемещается вместе с ним таким образом, чтобы регистрировать все вибрации самого вращающегося тела 4.

Устройство 1 дополнительно содержит балансировочные средства 3.

Балансировочные средства 3 представляют собой балансировочные головки, известные в современном уровне техники, и могут охватывать различные типы технологий.

Например, балансировочные головки могут быть такого типа, который описан в заявке на патент данного заявителя ЕР-А-12187044.

Как правило, балансировочные головки представляют собой устройства, выполненные с возможностью компенсации любых вибрационных напряжений, которые воздействуют на вращающееся тело 4, посредством подвижных масс, которые компенсируют нарушения баланса сил.

Балансировочные средства 3 также размещают внутри или на вращающемся валу вращающегося тела 4 или даже снаружи него.

Предпочтительно, балансировочные средства 3 образуют ось 3а балансировки.

Ось 3а балансировки по существу соответствует оси вращения вращающегося тела 4 и является осью, вокруг которой перемещаются уравновешивающие массы.

Поэтому предпочтительно, чтобы балансировочные средства 3 были выполнены с возможностью балансировки вращающегося тела 4 вокруг оси 3а балансировки.

Поэтому по меньшей мере два направления обнаружения средств 2 обнаружения предпочтительно определяют плоскость обнаружения, перпендикулярную оси 3а балансировки.

Если средства 2 обнаружения определяют упорядоченную триаду, направление обнаружения может предпочтительно соответствовать оси 3а балансировки. Устройство 1 дополнительно содержит средства 5 обработки.

Средства 5 обработки функционально соединены со средствами 2 обнаружения и балансировочными средствами 3. В частности, они выполнены с возможностью управления балансировочными средствами 3 таким образом, чтобы компенсировать вибрационные напряжения.

Средства 5 обработки также по существу известны в современном уровне техники и могут включать в себя компьютеры, ЧПУ и другие распространенные технологии.

Более подробно, средства 5 обработки предпочтительно включают в себя множество каналов связи.

Каналы связи состоят из электронных соединений, соединяющих средства обнаружения и балансировочные средства 3. В частности, они соединяют датчики 20 со средствами 5 обработки.

Кроме того, каждый канал связи предпочтительно связан с одним направлением обнаружения. Таким образом, сигналы, относящиеся к вибрационным напряжениям, достигают средств 5 обработки, разделенных на отдельные каналы. Однако может быть предусмотрено дополнительное электронное оборудование для обеспечения смешивания компонентов вне средств 5 обработки, позволяя подавать только один или несколько результирующих сигналов на средства 5 обработки.

Предпочтительно каждый канал связи содержит по меньшей мере один переключатель и один потенциометр. Эти переключатели и потенциометры могут быть аналоговыми или цифровыми.

Средства 5 обработки могут по существу исключать сигнал, относящийся к конкретному каналу, или могут ослаблять сигнал с помощью потенциометра.

Следовательно, средства 5 обработки способны оценивать входные сигналы, относящиеся к вибрационным напряжениям, относительно положений устройства 1.

В частности, средства 5 обработки могут по существу выбирать соответствующие вибрационные напряжения.

Предпочтительно, средства 5 обработки выбирают вибрационные напряжения, которые воздействуют перпендикулярно оси 3а балансировки. При необходимости они могут выбирать только такие напряжения.

В любом случае средства 5 обработки позволяют исключить, включить или отрегулировать каждое из вибрационных напряжений или, если быть точнее, из компонентов, связанных с общим вибрационным напряжением в направлениях обнаружения.

Изобретение содержит новый способ балансировки вращающегося тела 4.

В частности, способ предусматривает наличие устройства 1 и по меньшей мере один этап обнаружения и один этап выбора.

На этапе обнаружения средства 3 обнаружения определяют то, сколько имеется вибрационных напряжений вдоль направлений обнаружения: одно, два, три или более.

На этапе выбора средства 5 обработки отбирают вибрационные напряжения, которые воздействуют в предпочтительном направлении, например, перпендикулярно оси 3а балансировки. Таким образом, соответствующий конкретный компонент может быть определен относительно вращающегося тела 4 таким образом, чтобы можно было пропорционально активировать балансировочные средства 3.

Кроме того, на этапе выбора средства 5 обработки могут исключать, включать или регулировать каждое из вибрационных напряжений. Следовательно, различные компоненты вдоль направлений обнаружения можно оценивать в зависимости от положения устройства 1 либо вручную оператором, либо автоматически средствами 5 обработки.

Альтернативно или в дополнение, способ также может предусматривать этап вычисления, на котором результирующее вибрационное напряжение определяют векторной суммой.

Балансировочное устройство 1 согласно изобретению достигает важных преимуществ.

Фактически, устройство 1 способно следовать практически за каждым рабочим положением обрабатывающей машины без необходимости вручную размещать датчики 20 в соответствии с положением машины.

Следовательно, вытекающее преимущество заключается в том, что оно обеспечивает очень эффективную балансировку во время обработки за очень короткое время балансировки.

Устройство 1 позволяет получить очень высокоточную балансировку благодаря тому, что любые вибрации вне плоскости сечения могут быть правильно оценены и сбалансированы с учетом только компонентов в плоскости, т.е. тех, которые задействованы и на которые могут воздействовать уравновешивающие массы внутри балансировочных головок.

Изобретение допускает изменения, попадающие в объем идеи изобретения, определенной формулой изобретения.

В этом контексте все детали могут быть заменены эквивалентными элементами, и материалы, формы и размеры могут быть любыми материалами, формами и размерами.

Изобретение относится к балансировочной технике, в частности к средствам и методам балансировки станков, их вращающихся элементов. Предоставлено балансировочное устройство, содержащее средства обнаружения, выполненные с возможностью обнаружения вибрационных напряжений, создаваемых вращающимся телом во время вращения, в котором средства обнаружения выполнены таким образом, чтобы обеспечить обнаружение вибрационных напряжений вдоль по меньшей мере двух взаимно непересекающихся направлений обнаружения. Технический результат заключается в обеспечении высокоточного баланса вращающегося тела, с эффективной коррекцией дисбаланса за очень короткое время, и создании устройства, приспосабливающегося к различным типам положения в зависимости от обрабатываемого тела, не требуя физического перемещения. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Балансировочное устройство шлифовальной машины для балансировки вращающегося шпинделя, включающее:

- вращающийся шпиндель (4), и

- балансировочное устройство (1), содержащее:

- средства (2) обнаружения, выполненные с возможностью обнаружения вибрационных напряжений, создаваемых указанным вращающимся шпинделем (4) во время вращения, и выполненные с возможностью обнаружения указанных вибрационных напряжений вдоль трех взаимно перпендикулярных направлений обнаружения, определяющих упорядоченную триаду,

- средства (5) обработки, включающие в себя множество каналов связи, выполненных с возможностью соединения указанных средств (2) обнаружения и указанных средств (5) обработки,

и отличающееся тем, что:

- каждый из указанных каналов связи включает в себя переключатель и потенциометр и связан с вибрационным напряжением в каждом из указанных направлений обнаружения, и

- указанные средства (5) обработки оценивают входные сигналы, относящиеся к указанным вибрационным напряжениям, относительно положений указанного устройства (1), выбирая указанные вибрационные напряжения.

2. Балансировочное устройство по п. 1, содержащее балансировочные средства (3), образующие ось (3а) балансировки и выполненные с возможностью балансировки вращающегося шпинделя (4) вокруг оси (3а) балансировки, в которой указанные два направления обнаружения определяют плоскость обнаружения, перпендикулярную указанной оси (3а) балансировки.

3. Балансировочное устройство по п. 1, в котором указанные средства (2) обнаружения содержат датчик (20), выполненный с возможностью обнаружения компонентов вдоль всех указанных направлений обнаружения указанных вибрационных напряжений.

4. Балансировочное устройство по п. 1 или 3, в котором указанные средства (2) обнаружения содержат один датчик (20) для каждого из указанных направлений обнаружения.

5. Балансировочное устройство по п. 4, в котором указанный датчик (20) представляет собой трехосный акселерометр.

6. Способ балансировки вращающегося шпинделя (4) с использованием балансировочного устройства шлифовальной машины, предусматривающий наличие балансировочного устройства (1), содержащего:

- средства (2) обнаружения, предназначенные для обнаружения вибрационных напряжений, создаваемых указанным вращающимся шпинделем (4) во время вращения в трех взаимно перпендикулярных направлениях обнаружения, определяющих упорядоченную триаду,

- балансировочные средства (3), образующие ось (3а) балансировки и предназначенные для обеспечения возможности балансировки вращающегося шпинделя (4) вокруг указанной оси (3а) балансировки,

- средства (5) обработки, функционально соединенные с указанными средствами (2) обнаружения и указанными балансировочными средствами (3), выполненные с возможностью управления указанными балансировочными средствами (3) таким образом, чтобы компенсировать указанные вибрационные напряжения, и содержащие множество каналов связи, каждый из которых связан с вибрационным напряжением в каждом из указанных направлений обнаружения, выполненных с возможностью соединения указанных средств (2) обнаружения с указанными средствами (5) обработки и включающих в себя переключатель и потенциометр,

и указанный способ отличается тем, что он предусматривает:

- этап обнаружения, на котором средства (3) обнаружения обнаруживают указанные вибрационные напряжения вдоль указанных направлений обнаружения, и на указанном этапе выбора указанные средства (5) обработки позволяют исключать, включать или регулировать указанные вибрационные напряжения, и

- этап выбора, на котором указанные средства (5) обработки оценивают входные сигналы, относящиеся к указанным вибрационным напряжениям, путем исключения сигнала, относящегося к конкретному каналу, с помощью переключателя или ослабления сигнала с помощью потенциометра относительно положений указанного устройства (1), выбирая указанные вибрационные напряжения.

7. Способ по п. 6, предусматривающий этап вычисления, на котором каждое из указанных вибрационных напряжений складывают векторно таким образом, чтобы определить результирующее вибрационное напряжение.