Способ крепления и уравновешивания диска, наклонного к плоскости вращения

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при проектировании динамически уравновешенных узлов крепления дисков, наклоненных к плоскости их вращения, в частности шлифовальных кругов. Для осуществления способа используют уравновешивающий элемент в виде пары прилегающих к диску с противоположных сторон и имеющих прямые наружные торцы косых шайб. Каждая шайба выполнена с внутренним кольцевым выступом, имеющим наружную цилиндрическую поверхность, ось которой наклонена к оси шпинделя под углом, равным углу наклона диска к плоскости вращения, и предназначенным для его охвата посадочным отверстием наклонного диска. Косые шайбы имеют также наружную цилиндрическую поверхность, соосную с наружной цилиндрической поверхностью их кольцевых выступов, и торцевое отверстие со стороны наружного торца, ось которого параллельна оси шпинделя. Обеспечение компенсации моментной неуравновешенности наклонного диска производят путем как выбора, так и определения расчетным путем значений геометрических параметров уравновешивающего элемента. Расчетным путем определяют значения радиусов наружной цилиндрической поверхности косых шайб и их торцевых отверстий. В результате упрощается технология изготовления уравновешивающего элемента и улучшаются условия базирования наклонного диска из-за возможности использования изобретения на этапе проектирования узла крепления диска. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к средствам и способам уравновешивания наклонных к плоскости вращения дисков, являющихся моментно-неуравновешенными функциональными элементами жестких роторов, и может быть использовано, в частности, при проектировании динамически уравновешенных узлов крепления наклонных к плоскости вращения шлифовальных кругов.

Известен способ уравновешивания структурно-неоднородного жесткого ротора с наклонным диском [1], в котором моментная неуравновешенность этого диска компенсируется моментной неуравновешенностью уравновешивающего элемента - пары косых шайб, располагаемых по обеим сторонам диска и используемых для его крепления. Наружные торцы этих шайб выполнены прямыми, т.е. перпендикулярными оси вращения ротора, а их наружная цилиндрическая поверхность соосна с осью вращения. При этом базирование наклонного диска и уравновешивающего элемента осуществляется на общей цилиндрической поверхности несущей втулки шпинделя станка, соосной оси вращения. Вследствие этого ось посадочного отверстия наклонного диска не перпендикулярна его торцевым плоскостям, что требует дополнительных технологических операций, необходимых для получения такого отверстия, и соответствующих материальных затрат. Конструкция узла крепления наклонного диска по способу [1] предназначена, в основном, для диска относительно небольшого диаметра и используется, в частности, для крепления абразивного круга при внутреннем шлифовании.

В случае абразивных кругов большого диаметра и прямой формы для их крепления на шпинделе станка применяются переходные фланцы [2]. Однако эти конструкции узлов крепления предназначены для кругов, плоскости которых перпендикулярны оси вращения и не могут быть использованы для крепления наклонных кругов.

Наиболее близким к предлагаемому является способ крепления и уравновешивания наклонного к плоскости вращения диска [3], отличающийся тем, что каждая косая шайба уравновешивающего элемента снабжена внутренним кольцевым выступом, имеющим наружную цилиндрическую поверхность, ось которой наклонена к оси шпинделя под углом, равным углу наклона диска к плоскости вращения, а наклонный диск своим посадочным отверстием, ось которого перпендикулярна его торцевым плоскостям, установлен и закреплен на наружных цилиндрических поверхностях обоих кольцевых выступов косых шайб, образуя тем самым заданный угол наклона к плоскости вращения.

К недостаткам этого способа можно отнести то, что гарантированный технологический зазор между внутренними торцевыми плоскостями кольцевых выступов косых шайб определяется расчетным путем, а следовательно, его значение не может выбираться по конструктивным соображениям исходя из наиболее приемлемых условий базирования наклонного диска на наружных цилиндрических поверхностях кольцевых выступов косых шайб.

Кроме того, имеет место некоторая технологическая сложность изготовления косых шайб, связанная с тем, что их наружные цилиндрические поверхности выполнены соосными оси шпинделя и, следовательно, они не соосны с наружными поверхностями кольцевых выступов косых шайб.

Заявляемое изобретение решает задачу расширения возможностей способа уравновешивания наклонного к плоскости вращения диска, упрощения технологии изготовления уравновешивающего элемента (пары косых шайб) и улучшения условий базирования наклонного диска.

Это достигается тем, что в предлагаемом способе используют косые шайбы, каждая из которых имеет наружную цилиндрическую поверхность, соосную с наружной цилиндрической поверхностью ее кольцевого выступа, и торцевое отверстие со стороны ее наружного торца, ось которого параллельна оси шпинделя, при этом расчетным путем определяют значения радиусов наружной цилиндрической поверхности косых шайб и их торцевых отверстий.

Причем оси торцевых отверстий косых шайб расположены в плоскости симметрии уравновешивающего элемента и установленного на нем наклонного диска на равных расстояниях от оси шпинделя и имеют одинаковые геометрические параметры, а прямая, соединяющая центры отверстий отклонена от прямой, перпендикулярной оси вращения наклонного диска и проходящей через его центр на угол, противоположный по знаку углу наклона диска к плоскости вращения.

При этом выбор значений геометрических параметров уравновешивающего элемента осуществляют с соблюдением условия:

где

- соответственно, центробежные моменты инерции наклонного диска и уравновешивающего элемента относительно центральных взаимно перпендикулярных осей y и z, из которых ось z - есть ось вращения, а ось y лежит в плоскости симметрии наклонного диска;

r, r₁ - радиусы наружных поверхностей вращения наклонного диска и уравновешивающего элемента, соответственно;

β - угол отклонения торцевых плоскостей наклонного диска от плоскости, перпендикулярной оси вращения;

h - толщина наклонного диска;

r₂ - радиус посадочного отверстия наклонного диска;

r₀ - радиус внутренней поверхности уравновешивающего элемента;

s₁ - осевой размер уравновешивающего элемента;

Δ - технологический зазор между внутренними торцевыми плоскостями косых шайб уравновешивающего элемента;

r₃ - радиус торцевого отверстия косой шайбы;

r₄ - радиус размещения торцевого отверстия;

s₀ - осевой размер торцевого отверстия;

c₀ - расстояние от центра масс наклонного диска до центра торцевого отверстия, измеряемое вдоль оси вращения;

ρ₁, ρ - соответственно, плотности материалов наклонного диска и уравновешивающего элемента.

Причем выбор параметров уравновешивающего элемента осуществляют с соблюдением условия преобразования эллипсоида инерции в форму эллипсоида вращения:

где

,

- осевые моменты инерции наклонного диска;

- осевые моменты инерции уравновешивающего элемента.

При этом определение значений радиусов наружной цилиндрической поверхности косых шайб и их торцевых отверстий осуществляют по следующим формулам:

где

где

μ=ρ₁/ρ - отношение плотностей материалов диска и косых шайб, соответственно.

Причем осуществляют контроль результатов расчета параметров с соблюдением следующего условия;

Сущность изобретения подтверждается чертежами.

На фиг.1 приведена схема конструкции жесткого ротора, в которой реализован предлагаемый способ крепления и уравновешивания диска, наклонного к плоскости вращения, включающая наклонный диск 1 в форме сдвоенных шлифовальных кругов, уравновешивающий элемент из двух косых шайб 2 и 3, совместно посаженных на базовую втулку 4 шпинделя стенка 5 и стянутых между собой с помощью гайки 6 и контргайки 7. При этом плоскости К и Б косых шайб, имеющих идентичную форму, параллельны торцевым плоскостям диска 1, а поверхность Е перпендикулярна этим плоскостям, и ее ось наклонена к оси шпинделя под углом β. Наружная цилиндрическая поверхность Г уравновешивающего элемента соосна с поверхностью Е, а торцевые плоскости Д косых шайб перпендикулярны оси шпинделя.

На фиг.2 - схема блока, подлежащего уравновешиванию и состоящего из наклонного диска I и уравновешивающего элемента II (пара косых шайб).

На фиг.3 - схема заготовки для уравновешивающего элемента.

Способ крепления и уравновешивания диска, наклонного к плоскости вращения, осуществляют на этапе проектирования ротора в следующей последовательности.

В соответствии с проектируемым технологическим процессом, имея в виду соблюдение условий (1) и (4) с входящими в них зависимостями (2, 3) и (5, 6) соответственно, выбирают геометрические параметры абразивного круга 1 (фиг.1), к которым относят: r, r₂, h, а также угол наклона β. Конструктивно принимают значения параметров r₀, s₁, s₀, r₄, Δ (фиг.2). Параметр μ целесообразно определить экспериментально. Затем находят обобщенные параметры ζ, А, В, С согласно (10), (8), решают квадратное уравнение (7) относительно отношения r₁/r, а по зависимости (9) определяют необходимое значение параметра r₃.

В результате расчета распределение масс блока, представленного на фиг.2, будет характеризоваться эллипсоидом вращения при совмещении главной центральной оси z с осью шпинделя станка.

Полученные расчетным путем значения параметров r₁ и r₃ взаимосвязанных со значениями параметров, выбираемыми по технологическим соображениям (r, r₂, h, β) и принимаемыми конструктивно (r₀, s₁, s₀, r₄, Δ). После определения значений r₁ и r₃ имеется возможность вычислить значения осевых и центробежных моментов инерции наклонного диска и уравновешивающего элемента по формулам (2), (3), (5), (6) и убедиться в справедливости условий (1) и (4). Найденные значения моментов инерции необходимы для последующих динамических расчетов. При необходимости значения моментов инерции могут корректироваться с использованием всех перечисленных параметров и расчетных формул.

Последовательность расчета значений параметров узла крепления диска, наклонного к плоскости вращения, поясним примером.

Пусть требуется определить значения параметров уравновешивающего элемента для абразивного круга при следующих данных (фиг.2):

r=22,5 см; r₂=10,15 см; h=8 см; μ=0,2; β=2°.

Конструктивно принимаем: r₀=6,35 см;

s₁=12 см; r₄=11 см; s₀=1,6 см; Δ=1 см.

Последовательно находим:

ζ=9,83492·10^-1; А=9,587149·10^-1;

В=9,868893·10^-2; С=-2,2192184·10^-1.

В результате решения уравнения (7) имеем:

r₁/r=6,5756969·10^-1,

откуда r₁=14,795318 см.

Тогда из (9) следует, что r₃=8,8904344·10^-1 см.

Проверка по зависимости (11) подтверждает достоверность найденных значений.

Окончательно принимаем: r₁=148 мм; r₃=8,9 мм.

Распределение масс блока, представленного на фиг.2, при этих данных будет характеризоваться эллипсоидом вращения при совмещении главной центральной оси z с осью шпинделя станка, что исключает возможные негативные последствия, связанные с неуравновешенностью ротора при иных данных.

Предложенный алгоритм расчета достаточно прост и удобен для практического использования при проектировании роторов аналогичной конструкции.

Источники информации

1. Патент РФ RU 2153154 С1, кл. G01М 1/38, 20.07.2000. Бюл. №20.

2. Обработка металлов резанием: Справочник технолога / А.А.Панов, В.В.Аникин, Н.Г.Бойм и др. Под общ. ред. А.А.Панова. - М.: Машиностроение, 1988. - С.378-403.

3. Степанов Ю.С., Кобяков Е.Т. К обоснованию выбора параметров узла крепления абразивного моментно-неуравновешенного инструмента // Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2005. - №11. - С.21-25.

1. Способ крепления и уравновешивания диска, наклонного к плоскости вращения, включающий использование элементов установки и фиксации диска на шпинделе станка, уравновешивающего элемента в виде пары прилегающих к диску с противоположных сторон и имеющих прямые наружные торцы косых шайб, каждая из которых выполнена с внутренним кольцевым выступом, имеющим наружную цилиндрическую поверхность, ось которой наклонена к оси шпинделя под углом, равным углу наклона диска к плоскости вращения, и которую охватывает своим посадочным отверстием наклонный диск, базируемый на кольцевых выступах косых шайб, а также обеспечение компенсации моментной неуравновешенности наклонного диска путем выбора и определения расчетным путем значений геометрических параметров уравновешивающего элемента, отличающийся тем, что используют косые шайбы, каждая из которых имеет наружную цилиндрическую поверхность, соосную с наружной цилиндрической поверхностью ее кольцевого выступа, и торцевое отверстие со стороны ее наружного торца, ось которого параллельна оси шпинделя, при этом расчетным путем определяют значения радиусов наружной цилиндрической поверхности косых шайб и их торцевых отверстий.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что оси торцевых отверстий косых шайб расположены в плоскости симметрии уравновешивающего элемента и установленного на нем наклонного диска на равных расстояниях от оси шпинделя и имеют одинаковые геометрические параметры, а прямая, соединяющая центры отверстий, отклонена от прямой, перпендикулярной оси вращения наклонного диска и проходящей через его центр, на угол, противоположный по знаку углу наклона диска к плоскости вращения.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что выбор значений геометрических параметров уравновешивающего элемента осуществляют с соблюдением условия:

соответственно центробежные моменты инерции наклонного диска и уравновешивающего элемента относительно центральных взаимно перпендикулярных осей y и z, из которых ось z - ось вращения, а ось y лежит в плоскости симметрии наклонного диска;

r, r₁ - радиусы наружных поверхностей вращения наклонного диска и уравновешивающего элемента соответственно;

β - угол отклонения торцевых плоскостей наклонного диска от плоскости, перпендикулярной оси вращения;

h - толщина наклонного диска;

r₂ - радиус посадочного отверстия наклонного диска;

r₀ - радиус внутренней поверхности уравновешивающего элемента;

s₁ - осевой размер уравновешивающего элемента;

Δ - технологический зазор между внутренними торцевыми плоскостями косых шайб уравновешивающего элемента;

r₃ - радиус торцевого отверстия косой шайбы;

r₄ - радиус размещения торцевого отверстия;

s₀ - осевой размер торцевого отверстия;

с_o - расстояние от центра масс наклонного диска до центра торцевого отверстия, измеряемое вдоль оси вращения;

ρ₁, ρ - соответственно, плотности материалов наклонного диска и уравновешивающего элемента.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что выбор параметров уравновешивающего элемента осуществляют с соблюдением условия преобразования эллипсоида инерции в форму эллипсоида вращения:

осевые моменты инерции наклонного диска;

осевые моменты инерции уравновешивающего элемента.

5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что определение значений радиусов наружной цилиндрической поверхности косых шайб и их торцевых отверстий осуществляют по следующим формулам:

μ=ρ₁/ρ - отношение плотностей материалов диска и косых шайб соответственно.

6. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что осуществляют контроль результатов расчета параметров с соблюдением следующего условия: