Устройство для автоматической балансировки
Изобретение относится к области машиностроения, балансировки шпиндельных узлов с технологическим дисбалансом. Устройство содержит корректирующие диски, которые размещены в масляной ванне с возможностью поворота в патроне, установленном на шпинделе и огражденном неподвижным кожухом, механизм фиксации корректирующих дисков относительно шпинделя, а также устройство торможения корректирующих дисков, которое выполнено в виде корпуса с установленными в нем вкладышами гидродинамической опоры. Для расширения области применения в корпусе выполнены оппозитно радиальные отверстия, в которые установлены с зазором штыри цилиндрической формы со сферическим концом, упирающиеся во вкладыши опоры, другим концом через введенный ролик - в круговую дорожку, выполненную на внутренней поверхности неподвижного ограждающего кожуха патрона. 1 ил.
Предполагаемое изобретение относится к машиностроительной отрасли и может применяться для автоматической балансировки шпиндельных узлов с технологическим дисбалансом, например с неуравновешенной заготовкой, и других неуравновешенных роторных систем.
Известно устройство для автоматической балансировки шпиндельных узлов станков. Оно включает три корректирующих (неуравновешенных) диска [1], которые в процессе балансировки поворачиваются относительно оси шпинделя за счет сил торможения дисков фрикционными, гидравлическими, пневматическими и электромагнитными устройствами. Команда на поворот корректирующих дисков подается датчиком измерения амплитуды вибраций шпинделя, сигналы от которого поступают в устройство торможения на каждый диск отдельно.
Недостатком данного устройства является сложность конструкции системы автоматического управления процессом, которая исключает балансировку одновременно всеми корректирующими дисками, что снижает производительность роторной системы, вторым недостатком является одностороннее приложение тормозных сил, которое изгибает шпиндель.
Наиболее близким к предполагаемому изобретению является устройство для автоматической балансировки [2], принятое за прототип. Оно содержит корректирующие (неуравновешенные) диски, которые устанавливаются на шпиндель с возможностью их поворота относительно его оси, механизм фиксации корректирующих дисков, а также устройство торможения, выполненное в виде гидродинамической опоры с вкладышами, которые самоустанавливаются в опоре. Дисбаланс неуравновешенной заготовки уменьшается за счет изменения зазора в сопряжении “корректирующих диск - вкладыш” при радиальном смещении шпинделя под действием центробежных сил. При уменьшении зазора происходит поворот корректирующих дисков тормозными силами до тех пор, пока дисбаланс заготовки не будет уравновешен.
При этом благодаря установке вкладышей противоположно друг другу, после процесса уравновешивания шпиндель автоматически центрируется.
Недостатком данного устройства является то, что его корпус, в котором размещены корректирующие диски, соединяется жестко с основанием металлорежущего станка. Таким образом, корпус устройства является неподвижным, что не даст возможности встраивать его во вращающиеся узлы, например в зажимные устройства, с целью уменьшения моментной неуравновешенности.
Изобретение направлено на расширение области применения автобалансирующих устройств в машиностроительном производстве путем встройки их в узлы, которые автономно вращаются, например в зажимные патроны, которые не имеют кинематической связи с основанием станка. Цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве корпус, в котором размещены корректирующие диски, выполнен с возможностью вращения вместе с патроном. Вращение стало возможным благодаря штырям, которые радиально установлены в отверстия корпуса противоположно друг другу. Сферическим концом штыри упираются во вкладыш соответствующей гидродинамической опоры, что дает возможность последним самоустанавливаться в зависимости от потока жидкости. Другим концом штыри через ролик упираются в беговую дорожку неподвижного ограждающего патрон кожуха. Таким образом, штыри вращаются вместе с патроном, однако патрон имеет возможность смещаться в радиальном направлении под действием дисбаланса неуравновешенной заготовки. Изменение зазора в сопряжении “корректирующий диск - вкладыш” происходит за счет перемещения корпуса с корректирующими дисками вместе с патроном, при этом вкладыши гидродинамической опоры остаются неподвижными в радиальном направлении. Технологический эффект от использования изобретения состоит в том, что оно позволяет расширить область применения устройства автоматической балансировки путем использования его как комплектующее изделие во вращающихся узлах, например в патронах металлорежущих станков, обеспечивая высокую точность обработки.
Общий вид устройства представлен на чертеже.
Устройство для автоматической балансировки содержит корректирующие (неуравновешенные) диски 1 и 2, как в прототипе, которые имеют установленные значения неуравновешенности для корректировки возникающего дисбаланса шпинделя 3. Диски 1 и 2 размещены в масляной ванне - корпусе 4, который закреплен на шпинделе 3. Диски 1, 2 с зазором 5 вставлены в тормозную гидродинамическую опору, которая состоит из двух вкладышей 5, имеющих возможность самоустанавливаться потоком жидкости на сферическом конце штыря 6, другой конец которого через ролик 7 упирается в беговую круговую дорожку неподвижного ограждающего патрон 8 кожуха 9. Угловое положение корректирующих дисков 1,2 относительно шпинделя 3 фиксируется при помощи подпружиненных шариков 10, которые входят в лунки на боковых поверхностях диска 11, с помощью шпонки, жестко установленной в корпусе 4. Зажим неуравновешенной заготовки происходит в патроне 8, пристыкованном к корпусу 4 жестко и герметично, последний, после заполнения жидкостью, выполняет роль гидравлического узла торможения. Корректирующие диски 1 и 2 установлены в корпусе 3 при помощи подшипников 12.
Устройство для автоматической балансировки работает следующим образом. При повороте шпинделя 3 вращение передается корпусу 4 с неуравновешенными дисками 1 и 2 и патрону 8 с неуравновешенной заготовкой. Под действием центробежных сил корректирующие диски 1 и 2 смещаются в радиальном направлении в сторону неуравновешенности, например вверх, при этом вкладыши 5, которые вращаются вместе с корпусом 4 и штырями 6, не имеют радиального смещения. Благодаря этому зазор 
в сопряжении “корректирующий диск - вкладыш” уменьшается, что приводит к появлению на корректирующих дисках тормозных сил. Когда эти силы превысят усилия подпружиненных шариков 10, диски 1, 2 начнут вращаться относительно шпинделя и друг друга.
При достижении углового положения, в котором суммарный дисбаланс корректирующих дисков 1 и 2 уравновесит дисбаланс заготовки, амплитуда колебаний шпинделя 3 и уменьшится, а величина гидродинамического зазора увеличится. При этом тормозные силы на корректирующих дисках 1, 2 станут меньше сил их фиксации при помощи подпружиненных шариков 10, процесс балансировки заканчивается. Угловое положение корректирующих дисков 1 и 2 при вращении уравновешенного шпиндельного узла станет постоянным.
Таким образом предлагаемое устройство для автоматической балансировки расширяет область его применения, позволяя комплектовать им как новые металлорежущие станки, так и уже находящиеся в эксплуатации, без дополнительных затрат, не прибегая к модернизации оборудования.
Источники информации:
1. Баркан М.В. Современные методы и средства балансировки машин и приборов. М., Машиностроение, 1985, рис. 7.10, стр.172.
2. Устройство для автоматической балансировки. Патент №2070479. В 23 В 19/02, F 16 Е 15/22, F 16 С 3/20, G 01 М 1/24 от 20.12.96. Бюл. №35.
Формула изобретения
Устройство для автоматической балансировки, содержащее корректирующие диски, которые размещены в масляной ванне с возможностью поворота в патроне, установленном на шпинделе и огражденном неподвижным кожухом, механизм фиксации корректирующих дисков относительно шпинделя, а также устройство торможения корректирующих дисков, которое выполнено в виде корпуса с установленными в нем вкладышами гидродинамической опоры, отличающееся тем, что в корпусе выполнены оппозитно радиальные отверстия, в которые установлены с зазором штыри цилиндрической формы со сферическим концом, упирающиеся во вкладыши опоры, другим концом через введенный ролик - в круговую дорожку, выполненную на внутренней поверхности неподвижного ограждающего кожуха патрона.
РИСУНКИ
