Патент на изобретение №2205376
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА И МАССЫ ПРОТИВОВЕСА (ВАРИАНТЫ)
(57) Реферат: Изобретение относится к машиностроению, в частности к динамической балансировке. В способе измерения угла  п и массы противовеса Мп (“легкого места”) для несбалансированного объекта пробные грузы массами Mi и Mj с результирующей массой М поочередно устанавливают в опорные точки на объекте таким образом, что результирующая масса М перемещается в плоскости балансировки до любого угла с шагом  , виброметром измеряют виброскорости Vк при каждом шаге, строят зависимость Vк от в виде таблицы или в виде “фигуры балансировки” в полярной системе координат – V = V() и по полученной зависимости измеряют угол противовеса п в точке минимума виброскорости Vмин. Вариантом способа является измерение виброскорости Vo без пробного груза, включающее два измерения виброскорости 1 и V2 с результирующим пробным грузом массой М в точках 1 и 2 и определение массы противовеса Мп и угла противовеса п из уравнений:Vо 2=KMп 2, V1 2=K(M2+Mп 2-2MпMcos( 1–п),V2 2=K(M2+Mп 2-2MпMcos( 2–п).Техническим результатом является упрощение и удешевление измерений, а также повышение точности. 2 с.п.ф-лы, 3 ил., 2 табл. Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для балансировки деталей машин. Известен способ статического определения угла противовеса, заключающийся в установке вала на призмы с низким трением, и определения массы противовеса путем подбора, описанный в кн. Баранова Г.В. Курс теории механизмов и машин. – М.: Машиностроение, 1967. Недостатком статической балансировки является низкая точность при балансировке в собственных подшипниках из-за трения в подшипниках. Наиболее близким способом к предложенному (прототипом) является способ динамического измерения угла установки противовеса и массы противовеса, основанный на вращении объекта балансировки в собственных подшипниках и измерении величины вибрации (обычно виброскорости) в подшипниковых опорах. Способ измерения угла и массы противовеса – “легкого места” – используется, например, в балансировочном приборе К-4102.П фирмы НПО “Ресурс”, 198260, Санкт-Петербург, а/я 191. Способ измерения угла противовеса на вращающемся объекте, например круге, заключается в следующем. На круге в произвольной точке на расстоянии R от оси вращения устанавливают фотометку. Круг вращают, через фотометку пропускают сигнал от фотоизлучателя, принимают фотоприемником и фиксируют угол от фотометки. Измеряют частоту вращения круга с помощью датчика оборотов. Этот сигнал используется для вычисления периода вращения. Измеряют также виброскорость Vо виброметром на подшипниковой опоре. Этот сигнал используют для вычисления фазы виброскорости.
Эти сигналы синхронизируют по сигналу с фотоизлучателя-фотоприемника и вычисляют угол противовеса п.Затем на круге устанавливают пробный груз массой M1, измеряют виброскорость V1 и угол 1, и по полученным данным вычисляют массу противовеса Мп из векторного уравненияMп = M1Vо/(Vо-V1). Основные недостатки приведенного способа: Сложность измерений за счет необходимости выполнения операций измерения и синхронизации сигнала числа оборотов, сигнала фотоизлучателя-фотоприемника и операции синхронизации сигнала вибрации. Присутствует операция подбора по контрастности фотометки и объекта. Светоотражающие металлические объекты фонируют сигнал от фотометки. Фотометки быстровращающихся объектов смещаются, слетают, происходят сбои измерений. Существуют отказы работы датчика оборотов из-за непостоянной скорости вращения объектов, приводимых через ременные передачи с проскальзыванием. Для стабилизации частоты таких объектов приходится использовать специальные балансировочные стенды и станки. Операции установки и согласования датчика оборотов, фотоизлучателя-фотоприемника с фотометкой часто бывают затруднены из-за сложности и насыщенности конструкции или удаленности балансируемого объекта. Высокая стоимость приборов: датчика оборотов, фотоизлучателя-фотоприемника, синхронизатора сигналов, процессора. Снижение точности измерения за счет погрешностей, вызванных операциями измерения и синхронизации сигнала числа оборотов, сигнала фотоизлучателя-фотоприемника и операции синхронизации сигнала вибрации. Снижение точности происходит за счет погрешности измерения угла по датчику оборотов. Величина этой погрешности часто выше приведенной в паспорте на прибор из-за непостоянства частоты вращения объектов, приводимых во вращение через ременную передачу при проскальзываниях ремней, при переменной нагрузке двигателей. Снижение точности определения угла фотометки из-за углового размера фотометки. Этот эффект тем существеннее, чем меньше диаметр балансируемого объекта. Например, при диаметре объекта 50 мм трудно обеспечить точность установки фотометки 10 град. Снижение точности происходит из-за неточности измерения угла установки фотометки. Снижение точности происходит из-за неточности измерения радиусов от оси до точки установки фотометки и от оси до точки установки противовеса. Предлагаемый способ заключается в следующем. 1. С целью упрощения и удешевления измерений за счет исключения операций измерения и синхронизации сигнала числа оборотов, сигнала фотоизлучателя-фотоприемника и исключения операции синхронизации сигнала вибрации, исключения операции установки фотометки, с целью повышения точности за счет исключения погрешностей, вызванных этими операциями, пробные грузы массами Mi и Mj с результирующей массой М поочередно устанавливают в опорные точки на объекте таким образом, что результирующая масса М перемещается в плоскости балансировки до любого угла к с шагом , виброметром измеряют виброскорости Vк при каждом шаге, строят зависимость Vк от к в виде таблицы или в виде “фигуры балансировки” в полярной системе координат – V=V() и по полученной зависимости измеряют угол противовеса п в точке минимума виброскорости Vмин.
2. Способ измерения угла п и массы Мп противовеса по п.1 отличающийся тем, что с целью уменьшения числа измерений и упрощения операции вычисления производят измерение виброскорости Vо без пробного груза и два измерения виброскорости V1 и V2 с результирующим пробным грузом массой М в точках 1 и 2 и определяют массу противовеса Мп и угол противовеса п из уравненийVо 2=KMп 2; V21 = K(M2+M2п-2MпMcos( 1–п));V22 = K(M2+M2п-2MпMcos( 2–п)).На фиг. 1 показан балансируемый круг 1 с опорными точками А, В, С и D и дисбалансом 2. На фиг. 2 показана зависимость виброскорости V от угла установки пробного груза массой М в попарных координатах V=V() – “фигура балансировки”.
На фиг.3 приведены направления действия центробежных сил, вызванных массой М, установленной под углами 1 и 2 и массой дисбаланса Мд, находящейся под углом д = п+180 град.На фиг. 1 приведен сплошной объект-круг 1 с неизвестной массой Мп и неизвестным углом п противовеса. Напротив противовеса расположен дисбаланс 2 массой Мд. В круге имеются четыре опорных точки-отверстия А, В, С и D. Массы Mi и Мj могут устанавливаться в четыре пары точек: А и В, В и С, С и D, D и А. Круг разбивается точками на четыре четверти: АВ, ВС, CD и DA.
Для удобства угол между соседними опорными точками в круге выбираем 90 град и точки-отверстия под пробные грузы располагаем на одинаковом расстоянии от оси вращения.
Пусть в точки А и В помещены пробные грузы массами Mi и Мj. Отчет углов договоримся отсчитывать относительно опорной точки А.
Под воздействием центробежных сил, действующих на ось круга, создаваемых массами Mi и Мj, вектор результирующей центробежной силы и пропорциональную ей результирующую виртуальную пробную массу М находим по правилу параллелограмма, в данном случае прямоугольного Угол между точкой А и результирующей массой М находим из соотношенияtg = Mj/Мi.
Пример “вращения” результирующей виртуальной пробной массы М = 10 г на угол с шагом = 5 град в зависимости от масс пробных грузов Mi и Мj приведен в табл.1.
Из табл.1 следует, что для “вращения” виртуальной массы М = 10 г с шагом 5 град в секторе 90 град необходимо изготовить 10 пар пробных грузов.
Пример определения угла противовеса для шкива двигателя приведен в табл. 2.
Из табл. 2 следует, что минимальной виброскорости V = 6,6 мм/с соответствует угол противовеса п, равный 11 град. Точность определения угла равна 1 град.
На фиг.2 приведена типичная зависимость виброскорости V от угла установки пробного груза в полярных координатах (V, ) – “фигура балансировки”: V=V().Из “фигуры балансировки” находим угол противовеса п при Vмин или угол дисбаланса д при Vмакс.
Нет необходимости производить множество экспериментов и полностью заполнять табл. 2 или подробно строить “фигуру балансировки”. Количество измерений сокращается, если использовать свойство симметрии фигуры, можно “обойти” только часть фигуры, можно применить математические методы поиска минимума функции V=V() – метод вилки, метод скорейшего спуска. Эти методы позволяют существенно сократить число установок пробных грузов и число измерений виброскорости. Для поиска угла противовеса с точностью 5 град достаточно произвести 6-8 измерений. Для измерения угла противовеса с точностью 1 град необходимо произвести еще 2-3 измерения.
Точность измерения угла предлагаемым способом превосходит точность по прототипу. Она определяется точностью подбора массы пробных грузов Mi и Мj и эта точность может быть практически любой из-за высокой точности измерения массы. Кроме того, исключаются инструментальные погрешности приборов: датчика оборотов, фотоизлучателя-фотоприемника, синхронизатора сигналов.
Исключаются погрешности установки радиуса и угла фотометки, размера фотометки.
Исключаются и погрешности установки угла, так как прямое измерение угла в предложенном способе не производится, а экспериментально подбираются массы Mi и Мj, при которых достигается минимум виброскорости. Поэтому погрешности установки угла опорных точек, погрешности установки радиуса опорных точек в данном способе исключаются. Ибо измеряются не углы и не радиус, а ищется главная величина – минимальная виброскорость и соответствующее ей соотношение масс Miп и Mjп.
Для несплошного объекта, например для трехлопастного пропеллера, угол между опорными точками равен 120 град, число опорных точек равно 3. Расчеты углов и масс М, Mi и Мj производятся по правилу параллелограмма.
Для измерения масс противовесов Miп и Мjп необходимо произвести измерения виброскорости при нескольких массах М и найти минимальную виброскорость Vмин (Miп и Мjп), используя математические методы поиска минимума. Число измерений 3-4.
Пары пробных грузов устанавливаются в опорные точки с сохранением соотношения масс Mi и Мj, обеспечивающим сохранение найденного угла противовеса.
Неудобство предложенного способа измерения угла и массы противовеса заключается в большом числе измерений, обычно 10-12.
2. С целью улучшения способа по п.1 за счет уменьшения числа измерений производят измерение виброскорости Vо без пробного груза и два измерения виброскорости V1 и V2 с результирующим пробным грузом массой М в точках 1 и 2 и определяют массу противовеса Мп и угол противовеса п из уравнений:Vо 2 = KMп 2; V21 = K(M2+M2п-2MпMcos( 1–п));V22 = K(M2+M2п-2MпMcos( 2–п)).
На фиг. 3 приведены направления действия центробежных сил, вызванных массой М, установленной под углами 1 и 2, и массы дисбаланса Mд, находящегося под углом д = п+180 град. Масса дисбаланса равна массе противовеса Mд = Мп.
Для удобства вместо центробежных сил будем раскладывать массы-векторы, полученные умножением масс на единичный радиус-вектор в направлении действия центробежных сил.
Виброскорость на подшипниковой опоре V пропорциональна массе противовесаVо 2 = KMп 2, где К – коэффициент пропорциональности виброскорости и массы противовеса. Из фиг.3 по правилу параллелограмма получаем еще два уравнения: V21 = K(M2+M2п-2MпMcos( 1–п)); Из этих уравнений находим Mп и п.Новизна предлагаемого способа измерения заключается: – в упрощении и удешевлении измерений за счет исключения операций измерения и синхронизации сигнала числа оборотов, сигнала фотоизлучателя-фотоприемника, сигнала вибрации, – исключении операции установки фотометки, – в повышении точности измерения за счет исключения погрешностей, вызванных этими операциями, – в уменьшении числа операций измерений до трех и упрощении операции вычисления. Новизна способа измерения достигается за счет новых операций: 1. Пробные грузы массами Mi и Мj с результирующей массой М поочередно устанавливают в опорные точки на объекте таким образом, что результирующая масса М перемещается в плоскости балансировки до любого угла к с шагом , виброметром измеряют виброскорости Vк при каждом шаге, строят зависимость Vк от к в виде таблицы или в виде “фигуры балансировки” в полярной системе координат – V=V() и по полученной зависимости измеряют угол противовеса п в точке минимума виброскорости Vмин.
2. С целью уменьшения числа измерений производят измерение виброскорости Vо без пробного груза и два измерения виброскорости V1 и V2 с результирующим пробным грузом массой М в точках 1 и 2 и определяют массу противовеса Мп и угол противовеса п из уравненийVо 2 = KMп 2; V21 = K(M2+M2п-2MпMcos( 1–п));V22 = K(M2+M2п-2MпMcos( 2–п)).Технико-экономический эффект применения предлагаемого изобретения: 1. Простота измерений, отсутствие сложной компьютерной техники. 2. Более высокая точность установки массы и угла противовеса позволяют уменьшить виброскорость на подшипниковых опорах, снизить динамические нагрузки и увеличить ресурс машин. 3. Предлагаемый способ исключает приборы измерения фотосигналов, числа оборотов, синхронизатора сигналов и компьютер и существенно снижает затраты на их приобретение. Для измерения угла и массы противовеса по предлагаемому способу требуются виброметр и набор пробных грузов. Формула изобретения
с шагом , виброметром измеряют виброскорости V при каждом шаге, строят зависимость V от в виде таблицы или в виде “фигуры балансировки” в полярной системе координат – V= V() и по полученной зависимости измеряют угол противовеса п в точке минимума виброскорости Vмин; затем в опорных точках поочередно устанавливают пары пробных грузов Mi и Mj с неизменным соотношением Mi и Mj, измеряют виброскорости и по полученной зависимости V= V(Mi, Mj) в точке минимума виброскорости находят массы противовесов iп, Mjп.
2. Способ измерения угла и массы противовеса (“легкого места”) для несбалансированного сплошного вращающегося объекта, например круга, или несплошного, например пропеллера, заключающийся в измерении вибрации на подшипниковой опоре, отличающийся тем, что производят измерение виброскорости Vo без пробного груза и два измерения виброскорости V1 и V2 с результирующим пробным грузом массой М в точках 1 и 2 и определяют массу противовеса Мп и угол противовеса п из уравнений:V2 o= K М2 п; V21 = K(M2+M2п-2MпMcos( 1–п);V22 = K(M2+M2п-2MпMcos( 2–п),где К – коэффициент пропорциональности виброскорости и массы противовеса. РИСУНКИ
MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 23.08.2006
Извещение опубликовано: 27.07.2007 БИ: 21/2007
|
||||||||||||||||||||||||||
