устройство для балансировки объекта

Формула изобретения

1. Устройство для балансировки объекта, включающее корпус, размещенные в нем вал, взаимодействующий с приводом, установленный своими концами в подшипниках вращения с возможностью смещения относительно оси вала и состоящий из двух частей, расположенных по обе стороны объекта, центрирующие механизмы, расположенные с вышеназванных сторон объекта, и средство фиксации отбалансированного положения объекта, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит средство измерения дисбаланса, концы вала выполнены в виде части сфер, подшипники вращения снабжены механизмами возврата вала в исходное положение, а каждый центрирующий механизм содержит два взаимно перпендикулярных друг другу ходовых винта с грузами, установленными на них с возможностью перемещения вдоль винтов, четыре ролика, кинематически связанные с концами винтов, и центрирующее кольцо, укрепленное коаксиально валу на корпусе и имеющее с внешней стороны на уровне роликов профилированную поверхность, при этом ролики установлены с зазором относительно центрирующих колец.

2. Устройство для балансировки объекта по п.1, отличающееся тем, что центрирующие механизмы снабжены кожухами, а средство измерения дисбаланса выполнено в виде шкал, нанесенных вдоль ходовых винтов на поверхность кожухов и грузов винтов.

3. Устройство для балансировки объекта по п.1, отличающееся тем, что средство фиксации отбалансированного положения объекта выполнено в виде двух пар балансировочных колец со смещенными центрами масс, установленных коаксиально с двух вышеназванных сторон объекта и зафиксированных на объекте винтами.

4. Устройство для балансировки объекта по п.1, отличающееся тем, что механизм возврата в исходное положение верхнего конца вала выполнен в виде центрирующего стакана, один конец которого укреплен на подшипнике и другой конец установлен в стенке корпуса и имеет с внешней стороны на уровне стенки корпуса кольцо в виде части сферы, пружины, расположенной в стакане, и заглушки, укрепленной на корпусе коаксиально стакану с внешней его стороны, а механизм возврата в исходное положение нижнего конца вала выполнен в виде другого центрирующего стакана, имеющего с внешней стороны три кольца в виде части тора, пружины, расположенной в стакане, заглушки, укрепленной на корпусе коаксиально стакану с внешней его стороны, верхней и нижней шайб, установленных коаксиально стакану между подшипником и стенкой корпуса, и сепаратора, установленного коаксиально стакану между шайбами и выполненного в виде кольца с отверстиями, в которых расположены шарики, при этом центрирующий стакан своими кольцами контактирует соответственно с верхней шайбой, сепаратором и нижней шайбой.

5. Устройство для балансировки объекта по п.1, отличающееся тем, что профилированная поверхность центрирующих колец выполнена конической, или тороидальной, или сферической, или параболической, или гиперболической.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано при балансировке роторов, валов, колес, турбин и других объектов, требующих балансировки.

Известно балансирующее устройство роторов при вращении, содержащее систему измерения дисбаланса и управления процессом балансировки, связанный с ней блок расплавления проволоки, выполненный в виде двух дисков с зажимами по периферии, обращенных друг к другу торцевыми поверхностями, а их оси вращения параллельны, и привода дисков во вращение [Авторское свидетельство СССР N 1195204, кл. G 01 M 1/38, от 1984 г.].

Устройство также содержит установленные на одном из дисков два электрически изолированных, токоподводящих коаксиальных кольца, с которыми через один связаны зажимы того же диска, соединенные с системой измерения дисбаланса и управления процессом балансировки два датчика и взаимодействующих с ними, установленные соосно диску с кольцами и жестко связанные с последним делительный диск с отверстиями, число которых равно числу зажимов этого диска. Привод дисков выполнен в виде ременной передачи и связанного с ней и с системой измерения дисбаланса и управления процессом балансировки регулируемого двигателя постоянного трока.

Однако известное устройство имеет следующие недостатки:

балансируемый ротор должен быть полым, что ограничивает область применения известного устройства;

ни на все материалы возможно нанесение и надежное сцепление с ними расплавленных капель металла.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является балансирующее устройство объекта (роторов), включающее корпус, размещенные в нем вал, взаимодействующий с приводом, установленный своими концами в подшипниках вращения с возможностью смещения относительно оси вала и состоящий из двух частей, расположенных по обе стороны объекта, центрирующие механизмы, расположенные с вышеназванных сторон объекта, и средство фиксации отбалансированного положения объекта [Авторское свидетельство СССР N 1232971, кл. G 01 M 1/38, от 1984 г.].

Балансировка ротора осуществляется на закритических частотах вращения. При этом ось инерции ротора смещается с осью вращения и фиксируется самоотвердевающей жидкостью (в качестве которой может быть использована эпоксидная смола с наполнителем - средство фиксации отбалансированого положения объекта).

Недостатком известного устройства является возникающая асимметрия внешней геометрической поверхности балансируемого ротора относительно оси вращения, что во многих случаях недопустимо, например, при балансировки ротора электродвигателя, центробежного насоса, колес качения и т.п.

Задачами, решаемыми в настоящем изобретении, является создание универсального балансирующего устройства, обладающего высокой точностью балансировки и простотой его использования.

Поставленные задачи решаются тем, что балансирующее устройство объекта, включающее корпус, размещенные в нем вал, взаимодействующий с приводом, установленный своими концами в подшипниках вращения с возможностью смещения относительно оси вала и состоящий из двух частей, расположенных по обе стороны объекта, центрирующие механизмы, расположенные с вышеназванных сторон объекта, и средство фиксации отбалансированного положения объекта, дополнительно содержит средство измерения дисбаланса. В устройстве концы вала выполнены в виде части сфер, а подшипники вращения снабжены механизмами возврата вала в исходное положение. Каждый центрирующий механизм содержит два взаимно перпендикулярных друг другу ходовых винта с грузами, установленными на них с возможностью перемещения вдоль винтов, четыре ролика, кинематически связанные с концами винтов, и центрирующее кольцо, укрепленное коаксиально валу на корпусе и имеющее с внешней стороны на уровне роликов профилированную поверхность, при этом ролики установлены с зазором относительно центрирующих колец.

Предпочтительно центрирующие механизмы снабдить кожухами, а средство измерения дисбаланса выполнить в виде шкал, нанесенных вдоль ходовых винтов на поверхность кожухов и грузов винтов.

Предпочтительно средство фиксации отбалансированного положения объекта выполнить в виде двух пар балансировочных колец со смещенными центрами масс, установленными коаксиально с двух вышеназванных сторон объекта и зафиксированных на объекте винтами.

Целесообразно механизм возврата вала в исходное положение верхнего конца вала выполнить в виде центрирующего стакана, один конец которого укреплен на подшипнике и другой конец установлен в стенке корпуса и имеет с внешней стороны на уровне стенки корпуса кольцо в виде части сферы, пружины, расположенной в стакане, и заглушки, укрепленной на корпусе коаксиально стакану с внешней его стороны.

Целесообразно механизм возврата вала в исходное положение нижнего конца вала выполнить в виде другого центрирующего стакана, имеющего с внешней стороны три кольца в виде части тора, пружины, расположенной в стакане, заглушки, укрепленной на корпусе коаксиально стакану с внешней его стороны, верхней и нижней шайб, установленных коаксиально стакану между подшипником и стенкой корпуса, и сепаратора, установленного коаксиально стакану между шайбами и выполненного в виде кольца с отверстиями, в которых расположены шарики, при этом центрирующий стакан своими кольцами контактирует соответственно с верхней шайбой, сепаратором и нижней шайбой.

Целесообразно профилированную поверхность центрирующих колец выполнить конической, или тороидальной, или сферической, или параболической, или гиперболической, или в виде других поверхностей вращения, или их сочетанием.

На фиг. 1 представлен общий вид балансирующего устройства с механизмами возврата вала в исходное положение верхнего и нижнего конца вала.

На фиг. 2 - общий вид балансирующего устройства объекта со средствами измерения дисбаланса и фиксации отбалансированного положения объекта.

Центрифуга содержит корпус 1, размещенные в нем объект 2, вал, кинематически связанный с двигателем (на чертеже не показан) и выполненный с концами верхним 3 и нижним 4 в виде части сфер. Концы 3 и 4 установлены в верхнем 5 и нижнем 6 подшипниках вращения. Устройство также содержит центрирующие механизмы и механизмы возврата вала в исходное положение.

Центрирующие механизмы расположены сверху и снизу объекта 2 и состоят из двух взаимно перпендикулярных друг другу ходовых винтов 7, снабженных грузами 8. Ходовые винты 7 в свою очередь кинематически связаны с роликами 9 и 10. На стенках корпуса 1 в верхней и нижней его частях коаксиально валу укреплены центрирующие кольца 11 и 12, имеющие с внешней стороны на уровне роликов 9 и 10 профилированную поверхность (в данном случае - коническую). При этом ролики 9 и 10 центрирующих механизмов установлены с зазором (примерно 0,1-0,2 мм) относительно центрирующих колец 11 и 12.

Механизм возврата в исходное положение верхнего конца 3 вала выполнено в виде центрирующего стакана 13, имеющего на одном конце с внешней стороны на уровне стенки корпуса 1 кольцо в виде части сферы, и пружины 14, установленной коаксиально в стакане 13. На втором конце стакана 13 закреплен подшипник 5. Верхний конец 3 вала контактирует с внутренней поверхностью подшипника 5.

Механизм возврата в исходное положение нижнего конца 4 вала выполнено в виде центрирующего стакана 15, имеющего с внешней стороны три кольца в виде части тора, пружины 16, установленной коаксиально в стакане 15, шайбы 17, укрепленной на стенке корпуса 1 коаксиально стакану 15, шайбы 18, установленной коаксиально стакану 15 и укрепленной на корпусе подшипника 6, и сепаратор, установленный между шайбами 17 и 18 коаксиально стакану 15 и выполненный в виде кольца 19 с отверстиями, в которых расположены шарики 20. При этом внешние кольца стакана 15 контактируют с нижней шайбой 17, с сепаратором и верхней шайбой 18. Нижний конец 4 ротора через переходную деталь 21 опирается на подшипник 6.

Центрирующие механизмы снабжены кожухами 22. На кожухах установлены патроны 23 для закрепления в них балансируемого объекта 2. Кроме того, на кожухах 22 и на грузах 8 ходовых винтов 7 нанесены шкалы 24 и 25 (средство измерения дисбаланса).

Средство фиксации отбалансированного положения объекта 2 выполнено в виде двух пар одинаковых балансировочных колец 26 со смещенными центрами масс, установленными коаксиально с двух вышеназванных сторон объекта 2 и зафиксированных на объекте 2 винтами 27.

Балансирующее устройство объекта работает следующим образом.

В патронах 23 укрепляют балансируемый объект 2, включают привод. Объект 2 приводится во вращение. Если масса объекта 2 распределена неравномерно, то ось инерции объекта смещается относительно оси вращения.

При перекашивании центрирующего стакана 15 шайба 18 смещается относительно шайбы 17 за счет перекатывания между ними шариков 20. При этом ролики 10 входят в сцепление с конической поверхностью центрирующего кольца 12. За счет сил трения ролики 10 начинают вращаться, в свою очередь они приводят во вращение ходовые винты 7, которые вращаясь перемещают грузы 8 в сторону геометрической оси вращения вала устройства до совмещения его с осью вращения. После чего пружины 14 и 16 возвращают стаканы 13 и 15 в исходное положение, восстанавливая зазоры между роликами 9 и 10 и коническими поверхностями центрирующих колец 11 и 12. При этом прекращается вращение ходовых винтов 7. После остановки вала устройства по шкалам 24 и 25 определяется значение дисбаланса объекта 2 по двум взаимно перпендикулярным осям сверху и снизу объекта и по графикам, построенным как функция угла поворота балансировочных колец 26 вокруг оси объекта 2 от величины дисбаланса, балансировочные кольца 26 поворачивают относительно оси (тем самым смещают центры масс колец 26 относительно оси объекта), выставляют в необходимое положение и фиксируют их винтами 27.

После повторного включения и останова по шкалам средства измерения дисбаланса контролируют погрешность устранения дисбаланса и при необходимости его корректируют.

Таким образом, в предложенном балансирующим устройстве во время его запуска автоматически балансируется вал, устраняется его биение в местах его фиксирования на опорах, при этом происходит также совмещение главной физической оси вала с геометрической. Указанная балансировка возможна при весьма больших дисбалансах объекта. Предложенная конструкция балансирующего устройства позволяет производить балансировку любых объектов (в том числе: роторов, валов, колес, турбин и других объектов), использование двух пар балансировочных колец со смещенными центрами масс в качестве средства фиксации отбалансированного положения объекта позволяет балансировку упростить и повысить ее точность.