Устройство для балансировки роторных систем

 

Использование: машиностроение, балансировочная техника. Сущность изобретения: устройство для балансировки роторных систем содержит звенья кинематических пар в виде упругих стержней, закрепленных под углом относительно оси вращения ротора. Дебалансный груз установлен на стержне с возможностью его перестановки вдоль стержня. Звенья кинематических пар могут быть выполнены в виде плоского основания и упругих стержней, расположенных под углом к основанию. 2 с. и 3 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в балансировочной технике, в частности для балансировки вращающихся частей транспортных средств, например, колес автомобилей.

Известно т. н. шаровое устройство для балансировки роторных систем (см. например, справочник "Вибрации в технике", т.6. М. "Машиностроение", 1981; 456 с. ), представляющее собой заполненную маслом обойму с несколькими шарами, центр которой совпадает с центром балансируемого ротора. Диаметр нижней цилиндрической части обоймы такой, что лежащие в ней на малых скоростях шары равномерно распределены по окружности, не увеличивая дисбаланс. При скорости, превышающей критическую и определяемой углом наклона конической части обоймы, шары переходят в верхнюю цилиндрическую часть обоймы, имеющую больший диаметр. При достаточной емкости обоймы устройства шары, перемещаясь по окружности, займут положение, автоматически устраняющее дисбаланс системы.

Для многошарового устройства имеется множество положений шаров, соответствующих балансировке, а для двухшарового только одно такое положение.

Наличие трения качения шаров снижает чувствительность устройства оно начинает работать только после достижения системой некоторого порогового эксцентриситета.

Иэвестно также т. н. маятниковое устройство для балансировки роторных систем (см. например, справочник "Вибрации в технике", т.6. М. "Машиностроение", 1981; 456 с.). Устройство содержит подвижные дебалансные грузы в виде свободно вращающихся маятников массой m, установленных на осях между двумя дисками, закрепленными на валу роторной системы массы М и радиальной жесткости С. Расстояние между осями маятников и центрами дисков 2 должно быть больше максимально возможного эксцентриситета центра вала в месте установки устройства.

Эффективность устройства при частоте вращения роторной системы, характеризуемая отношением эксцентриситета центра масс вращающихся частей при действии маятникового автобалансирующего устройства и без него, определяется формулой: где Маятники увеличивают дисбаланс системы на дорезонансных скоростях и, тем самым, ухудшают условия перехода через критическую скорость. При закритических скоростях маятники уменьшают вибрацию системы, но не очень эффективно.

При уменьшении величины r до нуля маятниковое устройство превращается в кольцевое, которое может быть выполнено, например, установкой дебалансных колец на валу балансируемой роторной системы, что не будет увеличивать дисбаланс на малых скоростях. Однако из-за трения между кольцами и валом эффективность балансировки уменьшается, а для устранения большого дисбаланса кольцевое автобалансирующее устройство получается громоздким.

Общим недостатком этих устройств является то что их невозможно использовать для балансировки роторных систем с горизонтальной осью вращения, эксплуатируемых при нестабильном дифференте опор (или оси вращения), в частности вращающихся частей транспортных средств.

Сущность предполагаемого изобретения заключается в том, что в устройстве для балансировки роторных систем, включающем в себя подвижные дебалансные грузы, по крайней мере один, установленные на звеньях кинематических пар(по крайней мере на одном звене), находящихся в жесткой связи с ротором, звенья кинематических пар выполнены в виде упругих стержней, закрепленных на роторе под углом относительно оси его вращения, а дебалансные грузы установлены на стержнях с возможностью их перестановки вдоль оси стержня.

Сущность предполагаемого изобретения заключается также в том, что упругие стержни выполнены в виде пластин с нанесенной на них шкалой.

Сущность предполагаемого изобретения заключается также в том, что звенья кинематических пар выполнены в виде общего основания плоской формы и упругих стержней, расположенных под углом к основанию, установленному на роторной системе перпендикулярно оси ее вращения с возможностью поворота и фиксации относительно оси.

По сравнению с известными устройствами изобретение может быть использовано для балансировки роторов с горизонтальной осью вращения, а также в качестве автобалансирующего устройства для роторных систем, эксплуатируемых при нестабильном дифференте опор (или оси вращения), например, вращающихся частей транспортных средств, в частности колес ходовой части автомобиля.

Указанное преимущество достигается за счет автоматической компенсации режимного изменения дисбалансов без остановки роторной системы, что позволяет расширить эксплуатационные возможности устройства.

На фиг. 1 изображена кинематическая схема устройства для балансировки роторных систем.

На фиг. 2, 3 изображен общий вид одного из вариантов устройства (в частности, для балансировки колес ходовой части автомобиля) с частичным разрезом балансировочного груза.

Устройство содержит (см. фиг. 1) подвижные дебалансные грузы 1, установленные на звеньях кинематических пар, выполненных в виде упругих стержней 2, закрепленных на роторе 3, например, под углом относительно оси его вращения.

Устройство работает следующим образом.

При эксплуатационном вращении ротора 3, предварительно сбалансированного статически, установленные на нем дебалансные грузы 1 стремятся удалиться от оси вращения. Удаляясь, они преодолевают усилие упругих стержней 2, перемещаясь в плоскость крепежа устройства, компенсируя, тем самым, режимное изменение дисбалансов роторной системы, эксплуатируемой при нестабильном дифференте опор(или оси вращения), например, колес ходовой части автомобиля, что, в свою очередь, повышает динамическую устойчивость роторной системы.

Устройство для балансировки колес автомобиля (см. вариант исполнения на фиг. 2, 3) содержит балансировочный груз 1 из тяжелого сплава (например, ВН 5 3) в виде -образной пластины с внутренней прорезью, установленный на -образной пластине 2 с продольной прорезью. Прорезь в грузе 1 позволяет контрить его винтами 3 на пластине 2 в нужном положении вдоль длины прорези.

При необходимости контрящие винты 3 также изготавливаются из сплава ВН - 5 3. Для унификации пластин 2 их посадочные (на диск колеса) отверстия выполняют в виде сегментных прорезей с накаткой рифленой поверхности по периметру соответствующих прорезей, а продольная прорезь для установки груза 1 снабжена к тому же шкалой.

Балансировка колес с использованием предлагаемого устройства состоит в установке балансировочных грузов 1 на упругих пластинах 2, которые, в свою очередь, крепятся на диске колеса и балансируются с ним совместно.

При этом используется свойство центра масс роторной системы занимать при устойчивом равновесии наинизшее положение.

Известные способы компенсации режимного изменения дисбалансов роторных систем, эксплуатируемых при нестабильном дифференте опор (или оси вращения), например, колес ходовой части автомобиля, трудоемкие, дорогостоящие, сложные.

Общеизвестно, что нарушение балансировки колес ухудшает устойчивость автомобиля, обычно являясь следствием одной из нижеследующих причин или их совокупности: неравномерного износа протектора по окружности, смещения балансировочных грузиков и шин при монтаже, деформации обода колеса и повреждении шин (см. например, книгу: К.С.Шестопалов. Легковые автомобили. М. Изд-во ДОСААФ, 1983; 208 с.).

Проверка и балансировка колес могут быть проведены на стенде или непосредственно на автомобиле.

Станки для балансировки колес подразделяются: по режиму проверки- на статические и динамические; по назначению для балансировки колес непосредственно на автомобиле и снятых с автомобиля колес; по типу измерительной системы механические, электронные, комбинированные; по конструктивным особенностям на моноблочные и с разнесенными блоками.

Станки для балансировки снятых с автомобиля колес применяются при ремонтных и шиномонтажных работах, станки другого типа на участках диагностики и реже в зонах станции технического обслуживания (СТО).

Станки для балансировки снятых с автомобиля колес имеют высокую точность измерений, позволяют автоматизировать процесс измерений. К числу нашедших применение на СТО станков этого типа относятся: АМР-2 и АМР-4 (бывшая ГДР), ВА-40 (ВНР), "Геодина-77/77" (ФРГ; 5002 (Дания). Практический интерес представляют также стенды: "Рапид-88" (ФРГ) и модели 2605 (Франция). Указанные станки имеют схему автоматической регистрации места дисбаланса, отличаются высокой точностью, безопасны в эксплуатации, работают без установки на специальный фундамент.

Для балансировки колес непосредственно на автомобиле в условиях СТО используются станки ЕВК-15 (ПНР) и реже ВАШ-40 (ВНР). (см. книгу: А.М.Харазов, А. В. Колчин, В.П.Парфенов, 0.К.Петухова. Обеспечение работоспособности зарубежных средств диагностирования автомобилей на СТО. М. 1983. Научно-исследовательский институт информации автомобильной промышленности (НИИНавтопром). 47 с.).

Для проверки сбалансированности колес без их снятия на заднеприводном автомобиле необходимо приподнять переднюю часть автомобиля домкратом, ослабить затяжку подшипников ступицы переднего колеса, расшплинтовав и отвернув на две-три прорези регулировочную гайку. После этого устанавливать балансируемое колесо в различные положения и отпускать. Если при этом колесо не удерживается в установленном положении, а поворачивается в ту или другую сторону и останавливается только в одном положении, то, значит, оно имеет дисбаланс.

Для статической балансировки колеса непосредственно на автомобиле следует: 1. Снизить давление в шине до 0,2 0,3 кгс/см² и снять имеющиеся на ободе колеса балансировочные грузики. 2. Медленно повернуть колесо против часовой стрелки и отпустить; когда оно остановится, нанести вертикальной меловой чертой метку I, определяющую верхнюю точку колеса. 3. Повернуть толчком колесо по часовой стрелке и после его остановки также отметить верхнюю точку меловой вертикальной линией II; разделить кратчайшее расстояние между метками I и II пополам и нанести метку III. Это и будет самое легкое место колеса. 4. Установить по обе стороны метки III малые балансировочные грузики массой 30 г, которые своей пружиной входят под борт покрышки и удерживаются на ободе. 5. Толчком руки привести колесо во вращение. Если после его остановки грузики займут нижнее положение, их масса для балансировки колеса достаточна. Если же грузики займут верхнее положение, нужно поставить более тяжелые грузики, например, массой 40 г и, повторно вращая колесо, убедиться, что оно останавливается при нижнем положении грузиков. 6. Отодвигая грузики на равные расстояния (А и А) от метки III, следует добиться равновесия колеса, когда оно после толчка рукой будет останавливаться в разных положениях (в зависимости от приложенного усилия). 7. Накачать шину до нормального давления и приступить к балансировке следующего колеса. Передние колеса заднеприводного автомобиля балансируются каждое на своей ступице, а задние на одной из ступиц) передних колес. Колеса переднеприводного автомобиля балансируются на ступицах задних колес. Для автомобилей с приводом на все колеса проверка и балансировка колес ходовой части выполняются только на стенде.

Если дисбаланс вызван деформацией обода колеса или повреждением шины, то перед балансировкой необходимо заменить или отремонтировать обод или шину.

Традиционный (описанный выше) способ балансировки колес ходовой части автомобиля, состоящий в определении величины и места дисбаланса и коррекции последнего путем закрепления балансировочного грузика в виде плоской свинцовой пластины в легком месте на ободе колеса с помощью пружинного держателя, имеет эксплуатационные ограничения, которые никаким совершенствованием методов и средств технического диагностирования не устраняются. Недостаток состоит, в частности, в смещении балансировочных грузиков при снижении давления в шинах и перемонтаже шин, неизбежных при эксплуатации автомобиля. Недостаток состоит также в том, что традиционный способ не учитывает режимное изменение дисбалансов роторных систем с нестабильным дифферентом опор (иди оси вращения).

Способ компенсации режимного изменения дисбалансов роторных систем, эксплуатируемых при нестабильном дифференте опор (или оси вращения) например, автомобильных колес, с использованием предлагаемого устройства лишен указанных недостатков.

Формула изобретения

1. Устройство для балансировки роторных систем, содержащее связанные с ротором звенья кинематических пар и по крайней мере один подвижный дебалансный груз, установленный на звене кинематической пары, отличающееся тем, что звенья кинематических пар выполнены в виде упругих стержней, закрепленных под углом относительно оси вращения ротора, а дебалансный груз установлен на стержне с возможностью его перестановки вдоль последнего.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упругие стержни выполнены в виде пластин с нанесенной на них шкалой.

3. Устройство по п.1, содержащее связанные с ротором звенья кинематических пар и по крайней мере один подвижный дебалансный груз, установленный на звене кинематической пары, отличающееся тем, что звенья кинематических пар выполнены в виде установленного перпендикулярно осей ротора с возможностью поворота и фиксации относительно ротора плоского основания и упругих стержней, расположенных под углом к плоскому основанию, а дебалансный груз установлен на стержне с возможностью его перестановки вдоль последнего.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3