Стенд для балансировки коленчатых валов (конструкторский раздел дипломного проекта)

Содержание

3 Конструкторская часть.
3.1 Элементы патентного поиска.
3.2 Расчёт мощностных и скоростных характеристик привода балансировочного станка.
3.3 Расчёт цилиндрической передачи.
3.4 Расчёт валов.
3.5 Выбор подшипников.


3. Конструкторская часть

3.1 Элементы патентного поиска

RU 2 147 733 C1 G 01 M 1/38
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Заявка: 99118449/28, 31.08.1999
Дата начала действия патента: 31.08.1999
Дата публикации: 20.04.2000
Ссылки: SU 1232971 A, 23.05.1986. SU 1195204, 30.11.85. RU 2068990, 10.11.1996. RU 2085847 C1, 27.07.1997. US 4495812 A, 29.01.1985. DE 3005423 A1, 20.08.1981. FR 2517428 A1, 03.06.1983.
Адрес для переписки:
125252, Москва, ул. Алабяна, 15, кв.132, Сербину В.И.
Заявитель:
Сербин Владимир Иванович
Изобретатель: Корчагин А.В., Сербин В.И.
Патентообладатель:
Корчагин Александр Васильевич, Сербин Владимир Иванович
УСТРОЙСТВО ДЛЯ БАЛАНСИРОВКИ ОБЪЕКТА
Реферат:
Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано при балансировки роторов, валов, колес, турбин и других объектов, требующих балансировки. Устройство включает корпус, размещенные в нем вал, взаимодействующий с приводом, установленный своими концами в подшипниках вращения с возможностью смещения относительно оси вала и состоящий из двух частей, расположенных по обе стороны объекта, центрирующие механизмы, расположенные с вышеназванных сторон объекта, и средство фиксации отбалансированного положения объекта. Устройство дополнительно содержит средство измерения дисбаланса. Концы вала выполнены в виде части сфер. Подшипники вращения снабжены механизмами возврата вала в исходное положение. Каждый центрирующий механизм содержит два взаимно перпендикулярных друг другу ходовых винта с грузами, установленными на них с возможностью перемещения вдоль винтов, четыре ролика, кинематически связанные с концами винтов, и центрирующее кольцо, укрепленное коаксиально валу на корпусе и имеющее с внешней стороны на уровне роликов профилированную поверхность. Ролики установлены с зазором относительно центрирующих колец. В результате упрощается балансировка и повышается ее точность.
Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано при балансировке роторов, валов, колес, турбин и других объектов, требующих балансировки.
Известно балансирующее устройство роторов при вращении, содержащее систему измерения дисбаланса и управления процессом балансировки, связанный с ней блок расплавления проволоки, выполненный в виде двух дисков с зажимами по периферии, обращенных друг к другу торцевыми поверхностями, а их оси вращения параллельны, и привода дисков во вращение [Авторское свидетельство СССР N 1195204, кл. G 01 M 1/38, от 1984 г.].
Устройство также содержит установленные на одном из дисков два электрически изолированных, токоподводящих коаксиальных кольца, с которыми через один связаны зажимы того же диска, соединенные с системой измерения дисбаланса и управления процессом балансировки два датчика и взаимодействующих с ними, установленные соосно диску с кольцами и жестко связанные с последним делительный диск с отверстия ми, число которых равно числу зажимов этого диска. Привод дисков выполнен в виде ременной передачи и связанного с ней и с системой измерения дисбаланса и управления процессом балансировки регулируемого двигателя постоянного трока.
Однако известное устройство имеет следующие недостатки:
балансируемый ротор должен быть полым, что ограничивает область применения известного устройства;
ни на все материалы возможно нанесение и надежное сцепление с ними расплавленных капель металла.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является балансирующее устройство объекта (роторов), включающее корпус, размещенные в нем вал, взаимодействующий с приводом, установленный своими концами в подшипниках вращения с возможностью смещения относительно оси вала и состоящий из двух частей, расположенных по обе стороны объекта, центрирующие механизмы, расположенные с вышеназванных сторон объекта, и средство фиксации отбалансированного положения объекта [Авторское свидетельство СССР N 1232971, кл. G 01 M 1/38, от 1984 г.].
Балансировка ротора осуществляется на закритических частотах вращения . При этом ось инерции ротора смещается с осью вращения и фиксируется самоотвердевающей жидкостью (в качестве которой может быть использована эпоксидная смола с наполнителем - средство фиксации отбалансированного положения объекта).
Недостатком известного устройства является возникающая асимметрия внешней геометрической поверхности балансируемого ротора относительно оси вращения, что во многих случаях недопустимо, например, при балансировки ротора электродвигателя, центробежного насоса, колес качения и т.п.
Задачами, решаемыми в настоящем изобретении, является создание универсального балансирующего устройства, обладающего
высокой точностью балансировки и простотой его использования.
Поставленные задачи решаются тем, что балансирующее устройство объекта, включающее корпус, размещенные в нем вал, взаимодействующий с приводом, установленный своими концами в подшипниках вращения с возможностью смещения относительно оси вала и состоящий из двух частей, расположенных по обе стороны объекта, центрирующие механизмы, расположенные с вышеназванных сторон объекта, и средство фиксации отбалансированного положения объекта, дополнительно содержит средство измерения дисбаланса. В устройстве концы вала выполнены в виде части сфер, а подшипники вращения снабжены механизмами возврата вала в исходное положение. Каждый центрирующий механизм содержит два взаимно перпендикулярных друг другу ходовых винта с грузами, установленными на них с возможностью перемещения вдоль винтов, четыре ролика, кинематически связанные с концами винтов, и центрирующее кольцо, укрепленное коаксиально валу на корпусе и имеющее с внешней стороны на уровне роликов профилированную поверхность, при этом ролики установлены с зазором относительно центрирующих колец.
Предпочтительно центрирующие механизмы снабдить кожухами, а средство измерения дисбаланса выполнить в виде шкал, нанесенных вдоль ходовых винтов на поверхность кожухов и грузов винтов.
Предпочтительно средство фиксации отбалансированного положения объекта выполнить в виде двух пар балансировочных колец со смещенными центрами масс, установленными коаксиально с двух вышеназванных сторон объекта и зафиксированных на объекте винтами.
Целесообразно механизм возврата вала в исходное положение верхнего конца вала выполнить в виде центрирующего стакана, один конец которого укреплен на подшипнике и другой конец установлен в стенке корпуса и имеет с внешней стороны на уровне стенки корпуса кольцо в виде части сферы, пружины, расположенной в стакане, и заглушки, укрепленной на корпусе коаксиально стакану с внешней его стороны.
Целесообразно механизм возврата вала в исходное положение нижнего конца вала выполнить в виде другого центрирующего стакана, имеющего с внешней стороны три кольца в виде части тора, пружины, расположенной в стакане, заглушки, укрепленной на корпусе коаксиально стакану с внешней его стороны, верхней и нижней шайб, установленных коаксиально стакану между подшипником и стенкой корпуса, и сепаратора, установленного коаксиально стакану между шайбами и выполненного в виде кольца с отверстиями, в которых расположены шарики, при этом центрирующий стакан своими кольцами контактирует соответственно с верхней шайбой, сепаратором и нижней шайбой.
После повторного включения и останова по шкалам средства измерения дисбаланса контролируют погрешность устранения дисбаланса и при необходимости его корректируют.
Формула изобретения
1. Устройство для балансировки объекта, включающее корпус, размещенные в нем вал, взаимодействующий с приводом, установленный своими концами в подшипниках вращения с возможностью смещения относительно оси вала и состоящий из двух частей, расположенных по обе стороны объекта, центрирующие механизмы, расположенные с вышеназванных сторон объекта, и средство фиксации отбалансированного положения объекта, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит средство измерения дисбаланса, концы вала выполнены в виде части сфер, подшипники вращения снабжены механизмами возврата вала в исходное положение, а каждый центрирующий механизм содержит два взаимно перпендикулярных друг другу ходовых винта с грузами, установленными на них с возможностью перемещения вдоль винтов, четыре ролика, кинематически связанные с концами винтов, и центрирующее кольцо, укрепленное коаксиально валу на корпусе и имеющее с внешней стороны на уровне роликов профилированную поверхность, при этом ролики установлены с зазором относительно центрирующих колец.
2. Устройство дл балансировки объекта по п.1, отличающееся тем, что центрирующие механизмы снабжены кожухами, а средство измерения дисбаланса выполнено в виде шкал, нанесенных вдоль ходовых винтов на поверхность кожухов и грузов винтов.
3. Устройство дл балансировки объекта по п.1, отличающееся тем, что средство фиксации отбалансированного положения объекта выполнено в виде двух пар балансировочных колец со смещенными центрами масс, установленных коаксиально с двух вышеназванных сторон объекта и зафиксированных на объекте винтами.
4. Устройство дл балансировки объекта по п.1, отличающееся тем, что механизм возврата в
исходное положение верхнего конца вала выполнен в виде центрирующего стакана, один конец которого укреплен на подшипнике и другой конец установлен в стенке корпуса и имеет с внешней стороны на уровне стенки корпуса кольцо в виде части сферы, пружины, расположенной в стакане, и заглушки, укрепленной на корпусе коаксиально стакану с внешней его стороны, а механизм возврата в исходное положение нижнего конца вала выполнен в виде другого центрирующего стакана, имеющего с внешней стороны три кольца в виде части тора, пружины, расположенной в стакане, заглушки, укрепленной на корпусе коаксиально стакану с внешней его стороны, верхней и нижней шайб, установленных коаксиально стакану между подшипником и стенкой корпуса, и сепаратора, установленного коаксиально стакану между шайбами и выполненного в виде кольца с отверстиями, в которых расположены шарики, при этом центрирующий стакан своими кольцами контактирует соответственно с верхней шайбой, сепаратором и нижней шайбой.
5. Устройство для балансировки объекта по п.1, отличающееся тем, что профилированная поверхность центрирующих колец выполнена конической, или тороидальной, или сферической, или параболической, или гиперболической.


RU 2 148 806 C1 G 01 M 1/38, F 16 F 15/32
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Заявка: 98113370/28, 06.07.1998
Дата начала действия патента: 06.07.1998
Дата публикации: 10.05.2000
Ссылки: SU 468123 A, 21.05.1975. SU 561446 A, 16.05.1978. DT 2137901 B2, 01.09.1977. DE 3844031 A1, 06.07.1989.
Адрес дл переписки:
432027, г.Ульяновск, ул. Северный Венец 32, Ульяновский государственный технический университет, проректору по НИР
Заявитель:
Ульяновский государственный технический университет
Изобретатель: Белый Д.М.
Патентообладатель:
Ульяновский государственный технический университет
УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ БАЛАНСИРОВКИ ВРАЩАЮЩИХСЯ ТЕЛ
Реферат:
Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано для автоматической балансировки вращающихся изделий в процессе их работы. Устройство содержит втулку, закрепленную на валу балансируемого тела, и два кольца с эксцентричными массами, установленные по посадке с зазором на внешней поверхности втулки с возможностью поворота вокруг своей оси, при этом одна из диаметральных половин внутренней цилиндрической поверхности каждого кольца выполнена со значительным коэффициентом трения скольжения, превышающим коэффициент трения скольжения другой половины кольца, а эксцентрична масса установлена на внешней поверхности каждого кольца в области границы раздела поверхностей с различными коэффициентами трения. В результате увеличивается точность балансировки, упрощается конструкция устройства и повышается производительность процесса.
Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано дл автоматической балансировки вращающихся изделий в процессе их работы.
Известны устройства для автоматической балансировки вращающихся тел, содержащие корпус и механизмы корректировки, выполненные либо в виде кольца с эксцентричными массами и механизмами их поворота в виде фрикционной передачи и серводвигателя, установленных на валу балансируемого ротора /см. патент ФРГ N 20252944, кл. G 01 M 1/36, 1977/, либо в виде двух электродвигателей, размещенных в корпусе, жестко соединенном с ротором, на валу которых с эксцентриситетом в плоскости, перпендикулярной оси вращения, установлены балансировочные грузы /см. а.с. СССР N 450981, кл. G 01 M 1/38, 1973/.
Недостатками известных устройств являются низкая точность балансировки, сложность конструкции и ограниченна производительность, что обусловлено сложностью механизма корректировки масс, наличием значительного количества вращающихся вместе с телом вращения деталей.
Известны также устройства дл автоматической балансировки вращающихс тел, содержащие либо свободно надетые на тело и подпружиненные в осевом направлении кольца с установленными на них балансировочными грузами, имеющими возможность сходитьс - расходитьс при вращении тела под действием центробежных сил инерции /см. а.с. СССР N 632919, кл. G 01 M 1/38, 1978/, либо свободно навернутые на резьбовой участок тела гайки с закрепленными на них противовесами /см. а.с. СССР N 1677646, кл. G 01 R 5/02, 1991/.
Недостатком известных устройств является низка точность балансировки, что обусловлено отсутствием в устройствах, согласно самому принципу автоматической балансировки под действием центробежных сил инерции, отрицательной обратной связи по возмущению, независимости существования данных сил от наличия и величины дисбаланса и, как следствие, возможностью нарушения сбалансированности тела после окончания балансировки в процессе торможения вращения, фиксации противовесов и т.п.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство для автоматической балансировки вращающихся тел, включающее втулку, закрепленную на валу балансируемого тела, и два кольца с эксцентричными массами, установленные по посадке с зазором на внешней поверхности втулки с возможностью поворота вокруг своей оси /см. а. а. СССР N 468123, кл. G 01 M 1/38, 1973/, и принятое за прототип.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относятся низкая точность балансировки, сложность конструкции и ограниченна производительность, что обусловлено сложностью исполнительного механизма, содержащего электромагниты, схему формирования корректирующих воздействий, элементы кинематической связи магнитных колец, роликов и по сков.
Сущность изобретения заключается в создании из-за действия вибрационных возмущений, возникающих при вращении неуравновешенного тела, направленного вращения эксцентричных масс относительно тела, продолжающегося до прекращения действия вибрационных возмущений, то есть до окончания процесса автоматической балансировки вращающегося тела.
Технический результат - увеличение точности балансировки, упрощение конструкции устройства и повышение производительности процесса.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в устройстве дл автоматической балансировки вращающихся тел, содержащем втулку, закрепленную на валу балансируемого тела, и два кольца с эксцентричными массами, установленные по посадке с зазором на внешней поверхности втулки с возможностью поворота вокруг своей оси, особенность заключается в том, что одна из диаметральных половин внутренней цилиндрической поверхности каждого кольца выполнена со значительным коэффициентом трения скольжения, превышающим коэффициент трения скольжения другой половины поверхности кольца, а эксцентрична масса установлена на внешней поверхности каждого кольца в области границы раздела поверхностей с различными коэффициентами трения.

RU 2 292 533 C2
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Заявка: 2004112999/28, 27.04.2004
Дата начала действия патента: 27.04.2004
Дата публикации заявки: 20.10.2005
Дата публикации: 27.01.2007
Ссылки: SU 1469370 А1, 30.03.1989. SU 1453196 А1, 23.01.1989. SU 811089 А1, 07.03.1981. SU 1548693 А1, 07.03.1990.
Адрес дл переписки:
456770, Челябинска обл., г. Снежинск, ул. Васильева, 13, а/я 245, ФГУП РФЯЦ-ВНИИТФ, Отдел интеллектуальной собственности, Г.В. Бакалову
Изобретатель: Глазырина Любовь Митрофановна (RU), Карповицкий Михаил Степанович (RU), Ключников Александр Васильевич (RU), Мальгин Анатолий Иванович (RU), Смирнов Геннадий Григорьевич (RU), Фомин Юрий Павлович (RU)
Патентообладатель:
Федеральное государственное унитарное предприятие "РОССИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЯДЕРНЫЙ ЦЕНТР-ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ ИМ. АКАД. Е.И. ЗАБАБАХИНА" (ФГУП РФЯЦ-ВНИИТФ) (RU)
БАЛАНСИРОВОЧНЫЙ СТЕНД С ВЕРТИКАЛЬНОЙ ОСЬЮ ВРАЩЕНИЯ
Реферат:
Изобретение обеспечивает динамическую прецизионную балансировку роторов, предпочтительно тех, конструкция которых исключает возможность их балансировки при больших скоростях вращения. Балансировочный стенд содержит фундамент с вертикальной стойкой , на которой закреплены верхняя и нижняя колебательные подвески, выполненные идентичными. Каждая подвеска представляет собой единую деталь, образованную упругими консольными пластинами и массивным основанием. В подвесках закреплены опоры, представляющие собой конические газостатические подшипники. На массивных основаниях каждой колебательной подвески выполнены жесткие базовые выступы, на которых размещены силоизмерительные датчики, контактирующие с упругими консольными пластинами. В опорах установлен тонкостенный технологический переходник , внутри которого зафиксирован испытуемый ротор . Внутренняя поверхность переходника снабжена базовыми опорными поверхностями, соответствующими геометрии балансируемого ротора, что позволяет использовать одни и те же дорогостоящие газостатические подшипники дл роторов различной геометрии. В верхней газостатической опоре размещен пневматический механизм разгона, а в нижней опоре - пневматический механизм торможения. Технический результат-возможность произвести прецизионную балансировку роторов при небольших скоростях вращения и с максимально возможной точностью за счет высокой точности измерения дисбаланса.
Изобретение относится к балансировочным средствам диагностики, а именно к стендам с вертикальной осью вращения, и может быть использовано дл динамической балансировки роторов, конструкция которых исключает возможность их балансировки при больших скоростях вращения.
Подобные задачи возникают, например, в том случае, когда оболочка ротора имеет тонкие стенки, и деформации от вращения вносят существенные погрешности, или, если внутренне элементы ротора могут сместиться по тем же причинам. К таким устройствам относ тс , например, тонкостенные спутниковые узлы, нежесткие сборки типа разворачивающихся в невесомости антенн, роторы, внутри которых не жестко размещена геофизическая аппаратура или сейсмические датчики.
Широко известны балансировочные средства диагностики, выпускаемые такими известными фирмами, как Carl Schenk AG (Германия) и ДИАМЕХ (Россия). Имеются среди них и вертикальные балансировочные станки, но они предназначены дл балансировки конкретных конструкций роторов. В частности, станок В 1500 фирмы ДИАМЕХ предназначен для балансировки дисков и колес при высоких скоростях вращения.
Известен балансировочный стенд с вертикальной осью вращения, содержащий закрепленную на массивном основании колебательную систему с опорами, в которые устанавливается ротор. Опоры связаны с основанием упругими пластинами. В нем имеются также датчики измерения дисбаланса и привод вращения ротора (авторское свидетельство СССР 11453196, МПК G 01 M 01/00 от 29.07.87).
Указанный стенд также работает в диапазоне больших угловых скоростей вращения, порядка 10-100 Гц. При таких скоростях вращения ротора чувствительность к дисбалансу, которая пропорциональна квадрату угловой скорости, многократно возрастает. Механические опоры вращения не обеспечивают надежной прецизионной центровки ротора и внос т собственную погрешность в результат измерения.
В качестве прототипа выбран балансировочный стенд с вертикальной осью вращения, содержащий закрепленные на вертикальной стойке фундамента колебательные подвески с упругими пластинами и опорами в виде соосных конических газостатических подшипников, в одном из которых выполнен пневмопривод вращения, а в другом - пневмотормоз. Стенд имеет также силоизмерительные датчики, установленные в колебательных подвесках («Современные технологии автоматизации», 14, 2001, с.48-49).
Данная конструкция стенда позволяет производить прецизионную диагностику ротора на малых скоростях вращения. Однако погрешность измерения реакции опор на проявления динамической неуравновешенности ротора при его вращении остается несколько завышенной. Кроме того, при испытании роторов, отличающихся друг от друга посадочными местами дл установки в опоры, т.е. геометрией, приходит с производить переустановку дорогих газостатических подшипников, что крайне неэкономично.
Задачей является доработка конструкции стенда с тем, чтобы устранить указанные недостатки и сделать его более унифицированным.
Поставленная задача решается тем, что в балансировочном стенде с вертикальной осью вращения, содержащем закрепленные на вертикальной стойке фундамента колебательные подвески с упругими пластинами и опорами в виде соосных конических газостатических подшипников, в одном из которых выполнен пневмопривод вращения ротора, а в другом - пневмотормоз, а также силоизмерительные датчики, установленные в подвесках, согласно изобретению упругие пластины дл каждой опоры выполнены консольными в виде единой детали заодно с собственным массивным основанием, закрепленным на вертикальной стойке, на котором с обеих сторон выполнены жесткие выступы дл установки на них на расстоянии примерно 1/5 длины пластин от массивного основания силоизмерительных датчиков с обеспечением касания упругих пластин, при этом стенд снабжен жестким тонкостенным переходником, наружная боковая поверхность которого соответствует ответным поверхностям конических газостатических подшипников, а внутренняя поверхность выполнена соответствующей базовым посадочным поверхностям балансируемого ротора.
Выполнение упругих пластин консольными и заодно с основанием, закрепленным на вертикальной стойке, обеспечивает повышение точности измерения параметров ответной реакции упругой подвески на возникающий дисбаланс, а также повышает стабильность этих измерений при колебани х температуры. Место размещения датчиков также повышает точность измерения, поскольку жесткие базовые выступы и плечо установки, равное 1/5 длины пластины, увеличивают чувствительность измерительной схемы, по которой включены силоизмерительные датчики.
Применение жесткого тонкостенного переходника, позволяет балансировать роторы различной геометрии без смены подшипников опор и защитить поверхность балансируемых роторов от повреждений. Все это вместе позволяет производить вертикальную балансировку различных роторов при обеспечении высокой точности даже при малых скоростях вращения.


Кроме того, стенд может быть снабжен эталонным телом, массоцентровочные характеристики и базовые посадочные поверхности которого соответствуют указанным характеристикам и поверхностям балансируемого ротора.

RU 2 182 322 C1 G 01 M 1/02
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Заявка: 2000124923/28, 02.10.2000
Дата начала действия патента: 02.10.2000
Дата публикации: 10.05.2002
Ссылки: US 3452604, 01.07.1969. RU 2077035 C1 10.04.1997. RU 2028590 C1, 09.02.1995. US 5237869, 24.08.1993. DE 1237807, 30.03.1967. SU 984944, 30.12.1982.
Адрес дл переписки:
410028, г.Саратов, ул. Чернышевского, 120, Саратовэнергоремонт, директору А.Т.Дрякину
Заявитель: ОАО "Саратовэнерго"
Изобретатель: Миющенко А.А.,
Ищенко В.И., Дрякин А.Т., Домнин А.Н., Сушко Е.А., Панкратов Н.С., Тимофеев В.Ф., Васильев В.Г., Тащаев М.В.
Патентообладатель: ОАО "Саратовэнерго"
УСТРОЙСТВО ДЛЯ БАЛАНСИРОВКИ РОТОРОВ
Реферат:
Изобретение предназначено дл использования в балансировочной технике для балансировки роторов энергосистем. Обойма с роликами дл ротора свободно подвешена на горизонтальных осях внутри балки, связанной с основанием винтом и опорным подшипником. Балка установлена на основании посредством роликовых опор. Опоры размещены на горизонтальных осях балки с возможностью поворота вокруг них. Обойма установлена с возможностью перемещения по вертикали. Обеспечивается повышение надежности устройства, упрощение конструкции и повышение точности балансировки.
Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано дл балансировки роторов турбин энергосистем.
Известно балансировочное устройство (патент US 3452604, 13.03.1966 г., кл. 73-475), содержащее основание с роликами, на котором посредством вертикальной оси с регулировочным винтом и опорным подшипником установлена опорная балка с возможностью поворота в горизонтальной плоскости, а внутри нее шарнирно с возможностью поворота вокруг горизонтальных осей подвешена обойма с роликами дл балансируемого ротора.
Данное устройство имеет ряд недостатков.
1. Сложность конструкции за счет того, что детали основания с роликами должны быть выполнены из высокопрочных материалов с высокой точностью изготовления. В противном случае произойдет нарушение подвижности системы, что приведет к ошибкам при тарировке изделий.
2. Вся нагрузка опорной балки, обоймы с роликами, ротора ложится на одну вертикальную ось, при колебаниях которой может произойти заклинивание в зазорах ограничителей поворота балки (поз. 21, 22), что приведет к отклонению ее от вертикали и возникновению нерасчетного резонанса системы и, следовательно, к погрешности балансировки.
3. Чтобы компенсировать разницу диаметров шеек роторов необходимо совместно поворачивать гайки домкратов (поз. 33), иначе может произойти перекос ротора, что приведет к отклонению опоры от вертикали и к аварийной ситуации.
4. При увеличении массы ротора увеличивается сила трения в горизонтальных роликах, что приведет к снижению чувствительности устройства.
Техническая задача, поставленная перед изобретением состоит в повышении эксплуатационной надежности устройства, упрощения конструкции и повышении точности балансировки.
Данная техническая задача решается тем, что в устройстве для балансировки роторов, содержащем обойму с роликами дл роторов, свободно подвешенную на горизонтальных осях внутри балки, связанной с основанием винтом и опорным подшипником, балка установлена на основании посредством роликовых опор, размещенных на горизонтальных осях балки с возможностью поворота вокруг них и выполненных в виде корпусов с роликами, а упомянута обойма установлена на балке с возможностью перемещения ее по вертикали.
Предлагаема конструкция обладает простой, эксплуатационной надежностью при достаточной жесткости системы, позвол ет исключить погрешности измерений при балансировке роторов за счет устранения перекосов при их установке.
Устройство состоит из основания, на котором посредством роликовых опор, размещенных на горизонтальных осях, установлена балка. Роликовые опоры выполнены в виде корпусов, в которых размешены ролики.
Корпуса имеют возможность поворота вокруг осей балки. Снизу в средней части балки опирается на основание с помощью регулировочного винта и опорного подшипника .
Внутри балки на осях подвешена обойма с роликами для балансируемого ротора. Обойма свободно качается на осях и может перемещаться по вертикали посредством ползунов и винтов , установленных на балке. На основании под роликовыми опорами установлены динамометры .
Для балансировки ротор своими шейками устанавливается на ролики . Перекосы ротора в вертикальной плоскости, возникающие из-за погрешностей в диаметрах шеек, выбираются за счет качания обоймы на осях . При этом ось ротора самоустанавливается по горизонтали.
Перекосы роторов в горизонтальной плоскости, возникающие из-за несоосности шеек, выбираются поворотом балки на роликовых опорах по основанию. Таким образом, устраняются возможные биения ротора при его вращении.
Для обеспечения жесткости системы и устранения возможных прогибов основания, балки, она снизу подпирается винтом и опорным подшипником. При этом нагрузка на балку распределяется на три точки - пара роликовых опор и опорный подшипник, что обеспечивает достаточную жесткость и устойчивость системы.
При различных диаметрах шеек ротора предусмотрен подъем и опускание обоймы с помощью винтов и ползунов.
Поворот корпусов роликовых опор вокруг осей позволяет компенсировать неплоскость опорной поверхности основания.
Предлагаемое устройство позволяет балансировать роторы с диаметрами шеек от 100 мм до 400 мм и весом от 7 до 32 тонн, а самоустанавливающиеся опоры исключают возможные биения, что повышает точность измерений.
Формула изобретения
Устройство для балансировки роторов, содержащее обойму с роликами дл ротора, свободно подвешенную на горизонтальных осях внутри балки, связанной с основанием винтом и опорным подшипником, отличающееся тем, что балка установлена на основании посредством роликовых опор, размещенных на горизонтальных осях балки с возможностью поворота вокруг них и выполненных в виде корпусов с роликами, а упомянута обойма установлена на балке с возможностью перемещения ее по вертикали.


3.2 Расчёт мощностных и скоростных характеристик привода балансировочного станка

Исходные значения
nВых = 2500 мин -1;
PВых = 25 кВт;
Определим КПД привода:
, где     (61)

ηэд – КПД электродвигателя;
ηцил – КПД цилиндрической передачи;
ηподш – КПД подшипников качения;
n – количество пар подшипников.
Вычислим требуемую мощность электродвигателя:
       (62)
кВт
Выбираем электродвигатель:
Исходя из рассчитанной мощности, выбираем электродвигатель марки АИР160М6, с развиваемой максимальной мощностью 6 кВт и частотой вращения приводного вала nэд = 3000 мин –1.
Определим передаточное число цилиндрической передачи:
        (63)


Обороты на валах привода:
        (64)
мин –1;
мин –1;   
Угловые скорости на валах привода:
        (65)
с –1;
с –1;
с –1.
Крутящие моменты на валах привода:
        (66)
Н•м
     (67)
Н•м
Н•м

3.3 Расчёт цилиндрической передачи

Выбор материала шестерни:
В качестве материала шестерни выбираем сталь 40Х с закалкой по сечению (σВ = 1500 Н/мм2, σ-1 = 650 Н/мм2, HRC = 50, [σ]F = 380 Н/мм2, [σ]Н = 900 Н/мм2).
Выбор материала колеса:
В качестве материала колеса выбираем сталь 40Х улучшенную (σВ = 1000 Н/мм2, σ-1 = 480 Н/мм2, HВ = 260, [σ]F = 220 Н/мм2, [σ]Н = 650 Н/мм2).
Расчёт геометрических параметров передачи (Рис. 8):

Рисунок 8. Схема к расчёту цилиндрической зубчатой передачи

Устанавливаем внешний окружной модуль, в соответствии с ГОСТ 9563–60, равным m = 2 мм [4].
Коэффициент ширины зубчатого венца:
, где     (68)
ψа – коэффициент полноты профиля зуба (для передач с твёрдостью
материала HRC ≥ 45 ψа = 0,2).

Коэффициент концентрации нагрузки:
       (69)

Межосевое расстояние:
    (70)
( мм ).
Делительный диаметр колеса:
       (71)
(мм);
       (72)
( мм).
Диаметр вершин зубьев:
       (73)
(мм);
(мм).
Диаметр впадин зубьев:
       (74)
(мм);
(мм).
Ширина зубчатого венца:
       (75)
( мм).
       (76)
( мм).
Суммарное число зубьев:
, где      (77)
β – угол наклона зуба (β = 200).

Число зубьев шестерни:
       (78)

Число зубьев колеса:
       (79)



Прочностной расчёт: 
Контактные напряжения:
 &ems