АВТОБАЛАНСИРИ-ДЕМПФЕРИ ІЗ СФЕРИЧНИМ РУХОМ КОРЕГУЮЧИХ МАС

Особливу актуальність має задача балансування і віброзахисту шпинделів шліфувальних верстатів [1-3]. З одного боку, шпинделі високошвидкісні, і дисбаланс шліфувального круга змінюється під час експлуатації. З іншого боку, під час шліфування на шпиндель діють збурні сили, що викликають його вібрації. Актуальність задачі відображає і ГОСТ 2898-84Е, який зобов'язує оснащувати такі верстати пристроями для автоматичного балансування.

Першим недоліком класичних автобалансирів, таких, як маятникові, кільцеві та кульові є дія корегуючих вантажів зі значними силами на вал (маятники, кільця) чи бігову доріжку (кулі) [1-3]. Це знижує точність балансування ротора, бо у корегуючих вантажів з'являються області застою. Внаслідок цього виникає значний залишковий дисбаланс і вібрації ротора. Другим недоліком є недостатнє демпфірування кутових і крутильних вібрацій ротора. Це викликано тим, що для демпфірування будь-яких коливань ротора корегуючи вантажі повинні здійснювати сферичний рух у його середині. В класичних автобалансирах вони рухаються у площинах, перпендикулярних валу.

В [4] вперше запропоновано використовувати для зрівноваження роторів корегуючі вантажі у вигляді двох зв'язаних під прямим кутом маятників, насаджених на осі, перпендикулярні валу. Принцип дії і ефективність зрівноваження ротора такими пристроями досліджена в роботах [5-7]. Завдяки в'язям і способу встановлення, такі пристрої діють на осі, на які насаджені тільки з силами, необхідними для зрівноваження дисбалансу, що збільшує точність балансування роторів особливо при незначних дисбалансах. Але вони також не демпфірують однаково добре різні коливання ротора, бо мають малу масу і не можуть здійснювати сферичний рух.

1. Виходячи з наявних матеріалів, авторами статті вперше пропонується [8]: для демпфірування коливань ротора встановлювати маятники з можливістю здійснювати сферичний рух навколо нерухомої точки на осі вала; для забезпечення сферичного руху застосовувати карданів підвіс, або сферу; якщо маса маятників мала, то з маятниками чи віссю з'єднувати масивне симетричне тіло. Розглянемо приклади конкретного виконання запропонованих пристроїв.

Пристрій працює так. На закритичній швидкості обертання площина маятників P суміщається з площиною осі вала і вектора дисбалансу. Потім маятники повертаються навколо осі 2 у легкий бік ротора і тим самим зменшують дисбаланс. Тому при усуненні дисбалансу робота запропонованого пристрою аналогічна роботі вихідного автобалансиру. Але пристрій буде однаково добре демпфірувати крутильні і кутові вібрації ротора, бо маятники і вісь 2 можуть здійснювати сферичні рухи. Якщо маса маятників незначна і її не вистачає для демпфірування вібрацій, то можна з'єднати з віссю чи маятниками масивне симетричне тіло (на рисунку не показано). Воно також буде демпфірувати вібрації завдяки своїй масі і силам в'язкого тертя в шарнірах карданового підвісу. При цьому, оскільки маятники і масивне тіло можуть здійснювати будь-який сферичний рух, будуть однаково гаситися будь-які крутильні і кутові вібрації ротора. Оскільки тіло масивне і в кардановому підвісі діють сили в'язкого тертя, то демпфіруючи властивості пристрою будуть істотними. Вісь 2 додатково несе стабілізуючу функцію, бо сприяє положенню площини P , в якому вона проходить через вісь вала. Демпфіруючи властивості пристрою можна збільшити, шляхом заповнення порожнини ротора в'язкою рідиною.

2. Дещо інший підхід у створенні автобалансирів-демпферів полягає у виконанні сфери і корегуючого вантажу у вигляді одного тіла [9]. Такий підхід дозволяє спростити автобалансуючи пристрої шляхом зменшення кількості його деталей. Для прискорення процесу балансування в сферичне тіло, певним способом, можуть заключатися стабілізуючи маси. Корегуючі і стабілізуючі маси можуть бути виконані у вигляді отворів у сферичному тілі.

Приклад 2.1. На рис.4 зображений запропонований пристрій. Він містить сферу 1 і дві корегуючі маси 2, 3, жорстко прикріплені до неї усередині так, що кут між векторами їх дисбалансів і центром сфери - 90⁰. Сфера встановлена у сферичну порожнину 4 ротора 5.

Пристрій працює так. На закритичній швидкості обертання площина корегуючих мас P суміщається з площиною вала і вектора дисбалансу. Потім площина повертається так, що корегуючі маси переміщуються у легкий бік ротора і тим самим зменшують дисбаланс. При крутильних і кутових вібраціях ротора виникає внутрішнє в'язке тертя між сферою і ротором. Тому ці вібрації демпфіруються (гасяться). Якщо маса корегуючих вантажів мала, то сфера виконується більш масивною.

Приклад 2.2. На відміну від попереднього, в цьому варіанті (рис. 4) додаються дві однакові стабілізуючі маси 6, 7 - одна напроти другої на лінії, що проходить через центр сфери і перпендикулярна до площини P перших двох корегуючих мас.

Пристрій працює як і в прикладі 2.1, тільки стабілізуючі маси сприяють процесу балансування ротора, бо прискорюють вихід площини P у положення, в якому вона проходить через вісь вала.

Приклад 2.3. Корегуючі чи стабілізуючі маси можуть бути отворами в сферичному тілі (сфері чи шарі). Між центрами перших двох однакових отворів і центром сфери прямий кут. Два других отвори - один напроти другого на діаметрі сфери, який перпендикулярний площині, що проходить через перші два отвори і центр сферичного тіла.

3. Дослідження, проведені у [10], показали, що автобалансуючи властивості проявляють не тільки зв'язані під прямим кутом маятники. Таки властивості, зокрема, проявляють півкільце, півкруг, півсфера, півкуля і так далі. Використання цих вантажів замість зв'язаних під прямим кутом маятників дозволяє значно збільшити балансуючу ємкість автобюалансуючих пристроїв при їх незмінних габаритах.

Приклад 3.1. На рис. 5 показаний можливий варіант пристрою з кардановим підвісом. В ньому корегуючий вантаж 1, у вигляді півсфери, утримується кардановим підвісом 2 усередині порожнистого ротора 3. Півсфера може обертатися навколо точки О на осі 4 вала 5 ротора.

Приклад 3.2. На рис. 6 показаний можливий варіант пристрою зі сферою. В ньому корегуючий вантаж у вигляді півкулі об'єднаний з півсферою - 1, розміщений у сферичній порожнині 2 ротора 3. Півкуля може обертатися навколо точки О на осі 4 вала 5 ротора.

Рисунок 5………………………………..Рисунок 6