Устройство для динамической балансировки тел вращения Советский патент 1943 года по МПК G01M1/04 G01M1/08 

Известны устройства для динамической балансировки тел вращения, основанные на измерении смещения какой-либо части исследуемого тела, установленного на упругих опорах, при его вращении.

Согласно изобретению, в качестве опоры исследуемого тела нрнленен закрепленный одним из концов упругий круглый стержень, свободный конец которого предназначен для установки на нем исследуемого тела вместе с приводяндим его во вращение двигателем.

Поочередно приводя скорость вращения исследуемого тела в резонанс с частотой колебаний различных его элементов, определяют величину нарушения баланса по наблюдению амплитуд колебаний тела в различных плоскостях, например, путем фиксации положения какоголибо светового или иного индикатора, связанного с какой-либо точкой исследуемого тела.

На фиг. 1 схематически изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2-5 пояснено действие устройства.

На упругом круглом стержне 7 устанавливается площадка 2 с укрепленным .на ней хорошо сбалансированным и уравновешенным электродвигателем 3 постоянного тока, приводящим во вращение балансируемую деталь 4.

Путем постоянного изменения при помощи реостата скорости двигателя 5 приводят через стержень 5 во вращение исследуемую деталь. Если деталь неуравповещена, то при некоторых числах ее оборотов будут наблюдаться резонансные колебания упругой системы (стержень с массой наверху). В общем случае, при разньгх числах оборотов деталей получатся три резонансных состояния: 1) зона резонанса при поперечных колебаниях в плоскости чертежа, 2) зона резонанса при поперечных колебаниях в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа и 3) зона резонанса при крутильных колебаниях.

При вступлении вращаемой детали в ту или иную зону резонанса, вследствие наличия неуравновещенности в ней будет, кроме того, наблюдаться известный эффект Зоммерфельда (торможение двигателя в

№ 62304- 2 зоне резонанса). В силу этого эффекта могут получаться отчетливо выраженные установившиеся колебания системы. При этих установившихся амплитудах колебаний системы в зонах резонанса можно легко измерять амплитуду колебаний системы и угол сдвига фазы некоторой «пробной точки, отмеченной на юси балансируемой детали. Угол сдвига фазы «пробной точки по мере приближения к полному резонансу будет меняться и достигать (при полном резонансе) некоторого аначе«ня Ч., так как угол сдвига фазы между вынуждаюшей силой (неуравновешенностью детали) и колебанием системы при полном резонансе

известен и равен -у (90°).

Естественно, что если бы пробная точка была взята в месте положения (по фазе) неуравновешенности балансируемой детали, то значение угла Ч, но так как «пробная точка ставится наугад, то тем

самым значение Y может быть отличным от ---. В этом случае для

отыскания места положения неуравновешенности в балансируемой детали по значению W для «пробной точки следует только учесть разницу между Ч и -, и соответственным образом отметить по этой разнице местоположение неуравновешенности.

Величина неуравновешенности по этому способу балансировки определяется, каК и обычно, по величине резонансной амплитуды при том или ином виде резонансного состояния (поперечные или крутильные колебания).

Что же касается измерения угла сдвига фазы «пробной точки, то последний определяется на основании следующих -соображений.

«Пробная точка - это маленький стальной шарик, эксцентрично укрепленный на оси (с торца) балансируемой детали. Этот шарик, будучи освещен пучком яркого света, дает тончайший отчетливый след своего движения, доступный для непосредственного наблюдения и измерения, например отсчетным микроскопом.

Эта «пробная точка при вращении исследуемой детали и колебаний системы в зоне резонанса описывает сложную траекторию движения. Это движение может быть математически представлено двумя уравнениями (см. фиг. 2):

JC г cos (uit + W); У Ут sin (О/ + г sin (сог + W

На фиг. 2 значком OQ отмечено положение геометрической оси детали при отсутствии колебания; значком Oi - положение этой оси при наибольшем отклонении (для установившейся амплитуды колебания w,r,); значком О - положение ее в некоторый момент времени t; значком т отмечено положение «пробной точки (шарика), эксцентрично укрепленной «а оси балансируемой детали в момент времени t.

Уравнение траектории движения «пробной точки (шарика) получается путем исключения из этих уравнений параметра Kit, т. е.

. , , ., л- г ,

sin -т- 2- - I 1 ±. I sin ф -:- г

г v г I/ I г /у

jj- 2

( -lit 0.

Б частном случае при х-О уравнение принимает вид:

sinо - -:г- I 1 i I -

- - т/ 1 - - -,

Траектория движен1 я «пробной точки на фиг. 3 представлена графически для трех случаев угла сдвига фазы 4, а именно: траектория № 1 для Ч 0°; траектория № 2 для Ч 45°; траектория V 3 для F 90, при постоянном значении г/„, иг (г - эксцентриситет «пробной точки шарика относительно геометрической оси балансируемой детали).

С целью измереция угла сдвига фазы Ч- по частному случаю, т. е. при X-О, рекомеидуется иметь вторую точку-шарик, укрепленный строго в центре (на геометрической оси детали). В зоне резонанса этот второй шарик будет описывать след амплитуды системы (в месте нрикрепления шарика), т. е. давать значение гу,„.

В результате этого в зоне резонанса можно наблюдать картину траекторий обоих шариков, изображенную на фиг. 4. Так как эта картина может быть получена установившейся при колебании систел1ы, то, измеряя, например, 2у и 2ут и зная, кро.л.е того, значение 2г, по формуле (1) определить sin V, а тем самым и Ч.

Определяя таким образом угол сдвига фазы для «пробной точки в отношении колебания системы при резонансе и зная, кроме того, что угол сдвига фазы неуравновешенности по отношению колебания системы при резонансе равняется 90, тем самым вполне возможно определить местоположение (по фазе) неуравновешенности балансируемой детали.

Следует отметить, что само измерение угла сдвига фазы может быть доведено до исключительной простоты; например, его можно отсчитывать непосредственно на экране в градусах (см. фиг. 5), для этого только требуется иметь маленькое вогнутое длиннофокусное зеркальце, источник света и экран.

Предлагаемый способ динамической балансировки деталей .южет быть использован для самых различных деталей при разном характере иеуравновешен.ности.

Предмет и з о б р е т е и и я

Устройство для динамической балансировки тел вращения, осно..аниое на измерении смещения какой-либо части исследуемого тела, установленного на упругих опорах, при его вращении, отличающеес я тем, что в качестве опоры исследуемого тела применен закрепленный одним из концов упругий круглый стержень, свободный конец которого предназначен для установки на нем исследуемого тела вместе с приводящим его во вращение двигателем, с той целью, чтобы путем поочередного пр.иведения скорости вращения исследуемого тела в резонанс с частотой колебаний различных его элементов можно было определить величину нарущения баланса по наблюдению амплитуд колебаний тела в различных плоскостях, например, путем фиксации положения какого-либо светового или иного индикатора, связанного с какой-либо точкой исследуемого тела.

- 3 62304

т г

/m

Oo

n/TTTT/f//

Фиг.1

i V/

(cL)t+1)

(

Фиг. 2

.

Фиг.З

ФИГ. 4

о С