РУЧНАЯ МАШИНА С АВТОМАТИЧЕСКИМ БАЛАНСИРОВОЧНЫМ ПРИСПОСОБЛЕНИЕМ
MANUAL MACHINE WITH AUTOMATIC BALANCING DEVICE

Настоящее изобретение относится к ручной машине, преимущественно к электрической ручной машине, для приведения во вращение сменного инструмента, предпочтительно дискового инструмента такой, например, как угловая шлифовальная машина, полировальная машина или дисковая пила.
При работе с ручными машинами, прежде всего с ручными машинами, оснащенными электроприводом, возникает более или менее интенсивная вибрация. Возникновение такой вибрации обусловлено дисбалансом вращающихся с высокой частотой масс ручной машины, соответственно инструмента. Используемые в настоящее время дисковые инструменты, такие как шлифовальные, обдирочные или полировальные круги, обладают обусловленным технологическими особенностями сравнительно большим дисбалансом, соответственно характеризуются значительным разбросом дисбаланса и по этой причине при высокой частоте вращения вызывают значительную вибрацию ручной машины. Подобная вибрация передается через рукоятки на оператора и при продолжительной работе с ручной машиной может даже привести к нанесению вреда здоровью, и поэтому ограничена предельно допустимыми значениями, установленными различными стандартами, техническими условиями и положениями об охране труда. Стандартными техническими условиями установлены достаточно высокие для соблюдения повышенных требований к удобству работы с ручной машиной предельные значения максимально допустимого дисбаланса. Помимо этого обусловленная дисбалансом вибрация приводит к быстрой усталости, а также к повышенному износу прежде всего привода и подшипников ручной машины.
Теоретически устранить дисбаланс используемых на практике инструментов или ручных машин можно путем закрепления балансировочных противовесов или путем локального удаления материала. Однако подобный подход связан со значительными затратами времени и средств.
Исходя из вышеизложенного в основу настоящего изобретения была положена задача - разработать ручную машину и инструмент со сниженным уровнем обусловленной дисбалансом вибрации, что должно достигаться простым путем при малых затратах.
Указанная задача решается с помощью ручной машины, охарактеризованной в пункте 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения. Помимо этого в объем изобретения включены все возможные комбинации из по меньшей мере двух отличительных признаков изобретения, рассмотренных в настоящем описании, представленных на чертежах и/или заявленных в формуле изобретения.
Объектом изобретения является ручная машина, прежде всего электрическая ручная машина, имеющая вал для приведения во вращение сменного инструмента, автоматическое балансировочное приспособление с расположенным подвижно относительно вала во всех радиальных направлениях и в окружном направлении первым балансировочным противовесом, который при вращении прикладывает к валу действующую в радиальном направлении силу, причем балансировочное приспособление является частью крепежного фланца и/или крепежной гайки для закрепления сменного инструмента.
Основная идея изобретения состоит в снабжении ручной машины и/или непосредственно инструмента, предпочтительно заменяемого после износа автоматическим балансировочным приспособлением. Такое автоматическое балансировочное приспособление имеет согласно изобретению по меньшей мере один, а предпочтительно по меньшей мере два балансировочных противовеса, которые могут независимо друг от друга свободно вращаться вокруг вала (шпинделя) ручной машины и ограниченно могут перемещаться во всех радиальных направлениях относительно вала. По меньшей мере один балансировочный противовес должен при этом располагаться также с возможностью его приведения во вращение при вращении вала. Подобное условие можно соблюсти, например, за счет создания (предпочтительно небольшого) трения между по меньшей мере одним балансировочным противовесом и неподвижно соединенной с валом деталью. Приведение во вращение по меньшей мере одного балансировочного противовеса обеспечивает действие на него центробежной силы. Таким путем обеспечиваются автоматическая установка балансировочного противовеса в необходимое положение и тем самым автоматическая балансировка ручной машины и/или инструмента.
Дисбалансом называют неуравновешенность вращающихся тел, когда их масса распределяется не вращательно-симметрично или, иными словами, когда ось вращения не проходит точно через центр тяжести (центр масс) вала и/или инструмента (статический дисбаланс), соответственно когда главная ось инерции вала и/или инструмента наклонена к фактической оси вращения (динамический дисбаланс). Нагруженный центробежной силой по меньшей мере один балансировочный противовес стремится при этом установить равновесие сил, т.е. скомпенсировать обусловленную дисбалансом поперечную силу, действующую на вал. По меньшей мере один балансировочный противовес устанавливается относительно центра тяжести вращающегося вала и/или вращающегося инструмента в положение, в котором возникает действующая на вал уравновешивающая, соответственно балансировочная сила, которая противодействует действующей на вал и обусловленной дисбалансом силе, приложенной к центру масс вала и/или инструмента. При использовании нескольких уравновешивающих грузиков (балансировочных противовесов) они обычно устанавливаются под определенным углом друг относительно друга, т.е. смещаются относительно друг друга в разных радиальных направлениях таким образом, что в результате возникает уравновешивающая сила, которая по своей величине равна обусловленной дисбалансом силе, но противоположна ей по своему направлению. В результате центр масс всей системы, состоящей из вала, инструмента и балансировочного(-ых) противовеса(-ов), смещается в направлении заданной оси вращения, т.е. в направлении продольной оси вала, и, как следствие, уровень или интенсивность вибрации снижается.
По меньшей мере один балансировочный противовес и прежде всего все балансировочные противовесы предпочтительно располагать на ручной машине, прежде всего на ее валу, соответственно на инструменте без возможности или с возможностью лишь ограниченного перемещения в осевом направлении. Для этого прежде всего можно путем приложения преодолимого (слабого) прижимного усилия в осевом направлении создать необходимое для приведения во вращение балансировочных противовесов трение между валом или инструментом и балансировочным противовесом или балансировочными противовесами.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения балансировочные противовесы предлагается выполнять в виде плоских колец. Такие балансировочные противовесы имеют одно, предпочтительно центральное, отверстие, через которое вал пропущен предпочтительно с радиальным зазором, который обеспечивают относительное перемещение балансировочных противовесов во всех радиальных направлениях. Край отверстия одновременно ограничивает при этом величину максимального перемещения балансировочного противовеса в радиальном направлении. Вместо плоского кольца в качестве балансировочного противовеса можно также использовать сплошной диск, через который вал не пропускается. Однако при таком исполнении балансировочного противовеса необходимо ограничить величину его максимального перемещения в радиальном направлении, например, окружной стенкой (корпуса, в который он помещен). Диск, который в предпочтительном варианте размещен с торцовой стороны инструмента, расположен в ограниченном такой окружной стенкой радиально внутреннем пространстве с радиальным зазором относительно нее и благодаря этому может свободно перемещаться в радиальном направлении в пределах этого ограниченного окружной стенкой пространства.
Дополнительно к этому или альтернативно этому в качестве по меньшей мере одного из балансировочных противовесов можно использовать жидкую и/или гранулированную массу, величину максимального радиального перемещения которой также необходимо ограничить, предпочтительно путем ее помещения в по меньшей мере одну приводимую во вращение при вращении вала емкость, соответственно в по меньшей мере один приводимый во вращение при вращении вала корпус. При этом для обеспечения возможности перемещения подобной жидкой и/или гранулированной массы во всех радиальных направлениях объем емкости должен быть больше объема жидкой и/или гранулированной массы.
Дополнительно к этому или альтернативно этому в качестве по меньшей мере одного из балансировочных противовесов можно использовать шарик, который имеет возможность перемещения во всех радиальных направлениях будучи помещен, например, в камеру, соответственно в емкость, которая одновременно ограничивает величину максимального перемещения шарика в радиальном направлении при вращении вала. В подобную камеру, соответственно емкость, которая, например, может быть непосредственно соединена с валом или же может быть соединена с неподвижно соединенной с валом деталью либо с инструментом, предпочтительно помещать по меньшей мере два шарика.
Автоматическое балансировочное приспособление можно, например, расположить непосредственно на валу или же встроить в него.
При размещении же по меньшей мере одного подвижного во всех радиальных направлениях балансировочного противовеса на инструменте балансировочный противовес предпочтительно располагать у по меньшей мере одной торцовой стороны инструмента, при этом по меньшей мере один балансировочный противовес должен обладать подвижностью в направлении вращения и в радиальном направлении относительно инструмента, приводимого во вращение валом ручной машины. При этом предпочтительно по меньшей мере ограничивать свободу перемещения балансировочного противовеса в осевом направлении.
Изобретение относится далее к применению по меньшей мере одного балансировочного противовеса в качестве автоматического балансировочного приспособления для ручной машины или инструмента.
Другие преимущества и отличительные особенности изобретения более подробно рассмотрены ниже на примере предпочтительных вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - схематичный вид вала ручной машины с установленным инструментом, а также автоматическим балансировочным приспособлением, имеющим два балансировочных противовеса в виде расположенных по разные стороны инструмента плоских колец,
на фиг.2 - схематичный вид выполненного по другому варианту балансировочного приспособления, у которого оба балансировочных противовеса в виде плоских колец расположены непосредственно рядом друг с другом с обращенной от свободного конца вала торцовой стороны инструмента,
на фиг.3 - схематичный вид выполненного еще по одному варианту автоматического балансировочного приспособления, которое аналогично показанному на фиг.2 балансировочному приспособлению и у которого оба балансировочных противовеса расположены с обращенной к свободному концу вала торцовой стороны инструмента,
на фиг.4 - схематичный вид выполненного еще по одному варианту автоматического балансировочного приспособления, у которого балансировочные противовесы выполнены в виде шариков,
на фиг.5 - схематичный вид выполненного еще по одному варианту автоматического балансировочного приспособления с единственным балансировочным противовесом, образованным жидкостью,
на фиг.6 - схематичный вид выполненного еще по одному варианту балансировочного приспособления, которое расположено непосредственно на валу,
на фиг.7 - схематичный вид выполненного еще по одному варианту автоматического балансировочного приспособления, которое интегрировано в крепежную (зажимную) гайку, предназначенную для закрепления инструмента,
на фиг.8 - схематичный вид выполненного еще по одному варианту автоматического балансировочного приспособления, которое интегрировано в крепежный фланец, предназначенный для закрепления инструмента, и
на фиг.9 - схематичный вид выполненного еще по одному варианту автоматического балансировочного приспособления, у которого по одному балансировочному противовесу в виде плоского кольца расположено в крепежном фланце и в крепежной гайке, предназначенных для закрепления инструмента.
На всех чертежах одни и те же элементы и элементы, выполняющие одну и ту же функцию, обозначены одинаковыми позициями.
На всех чертежах в качестве примера ручной машины 1 показан фрагмент угловой шлифовальной ручной машины со шлифовальным кругом в качестве инструмента 2. Для упрощения на чертежах не показан электрический привод вала ручной машины.
Инструмент 2 неподвижно соединен с вращающимся валом (шпинделем) 3. Предусмотренные для этого крепежные средства на фиг.1 для упрощения не показаны. Компонентом инструмента 2 является автоматическое балансировочное приспособление 4 с первым балансировочным противовесом 5 и вторым балансировочным противовесом 6. Оба балансировочных противовеса 5, 6 имеют по центральному круглому отверстию 7, 8, через каждое из которых со значительным радиальным зазором проходит вал 3. На валу 3 неподвижно установлена втулка 9 балансировочного приспособления 4, на которую при вращении балансировочных противовесов 5, 6 непосредственно воздействуют соответствующие центробежные силы, передаваемые непосредственно на вал 3.
Оба балансировочных противовеса 5, 6 расположены с обеих торцовых сторон 10, 11 инструмента 2 и непосредственно прилегают к нему. Для фиксации балансировочных противовесов 5, 6 от осевого перемещения предусмотрены выполненные за одно целое со втулкой 9 дисковые ограничители 12, 13, благодаря чему каждый балансировочный противовес 5, 6 надежно удерживается между торцовой стороной 10, 11 инструмента 2 и расположенным напротив нее в осевом направлении дисковым ограничителем 12, 13. Между балансировочными противовесами 5, 6 и примыкающими к ним в осевом направлении деталями существует незначительный фрикционный контакт, благодаря которому балансировочные противовесы 5, 6 при вращении вала 3 также приводятся во вращение. При таком своем вращении балансировочные противовесы 5, 6 смещаются радиально наружу и по центру краями своих отверстий 7, 8 непосредственно упираются во втулку 9, передавая на нее усилия в радиальном направлении. Возникающая в результате уравновешивающая сила противодействует обусловленной дисбалансом 14 в инструменте 2 силе, воздействующей на вал 3, и поэтому центр масс всей системы по меньшей мере приблизительно оказывается на оси вращения вала 3, т.е. смещается, и в результате уровень вибрации снижается. Иными словами, балансировочные противовесы 5, 6 становятся частью всей вращающейся системы, положение центра масс которой изменяется вследствие смещения балансировочного противовеса 5, 6.
В показанном на фиг.2 варианте балансировочные противовесы 5, 6 расположены непосредственно рядом с обращенной от свободного конца вала 3 торцовой стороной 10 инструмента 2. Перемещению балансировочных противовесов 5, 6 в осевом направлении препятствуют дисковый ограничитель 12, а также торцовая сторона 10 инструмента 2, который, в свою очередь, своей другой торцовой стороной 11 прилегает к наружному дисковому ограничителю 13. В этом варианте благодаря большому зазору между втулкой 9 и краями охватывающих ее отверстий 7, 8 в балансировочных противовесах 5, 6 они также могут перемещаться относительно вала 3 в радиальном направлении, а также в направлении вращения, соответственно в окружном направлении.
Показанный на фиг.3 вариант в основном соответствует показанному на фиг.2 варианту с тем лишь отличием, что оба балансировочных противовеса 5, 6 расположены с той торцовой стороны 11 инструмента 2, которая обращена к свободному концу приводимого во вращение электродвигателем вала 3, при этом наружный балансировочный противовес 5 прилегает к наружному дисковому ограничителю 13, а внутренний балансировочный противовес 6 прилегает к торцовой стороне 11 инструмента 2.
В показанном на фиг.4 варианте автоматическое балансировочное приспособление 4 также является частью сменного инструмента 2, однако балансировочные противовесы 5, 6, 15, 16 выполнены не в виде плоских колец, а в виде шариков, помещенных в цилиндрическую камеру 17 с наружной окружной стенкой 18. Наружная окружная стенка 18 ограничивает перемещение балансировочных противовесов 5, 6, 15, 16 в радиальном направлении. В пределах камеры 17 помещенные в нее балансировочные противовесы 5, 6, 15, 16 в виде шариков могут свободно перемещаться. Через камеру 17 пропущены вал 3 и втулка 9. При вращении всей системы шаровидные балансировочные противовесы 5, 6, 15, 16 прилегают к окружной стенке 18 камеры и противодействуют обусловленной дисбалансом поперечной силе.
Балансировочное приспособление в показанном на фиг.5 варианте его выполнения по своей принципиальной конструкции соответствует показанному на фиг.4 варианту, однако внутри кольцевой камеры 17 вместо шаровидных балансировочных противовесов 5, 6, 15, 16 предусмотрена жидкость в качестве балансировочного противовеса 5, объем которой меньше объема камеры 17. В показанном на фиг.5 варианте объем камеры 17 уменьшен по сравнению с объемом камеры в показанном на фиг.4 варианте из-за наличия центральной кольцевой вставки 19.
В показанном на фиг.6 варианте автоматическое балансировочное приспособление 4 является не частью инструмента 2, а частью ручной машины 1. Такое автоматическое балансировочное приспособление 4 имеет два балансировочных противовеса 5, 6 в виде плоских колец, через центральное круглое отверстие 7, 8 каждого из которых с радиальным зазором пропущен вал 3. Балансировочные противовесы 5, 6, в свою очередь, расположены в защитном корпусе 20, который неподвижно соединен с валом 3. Защитный корпус 20 непосредственно прилегает к крепежному фланцу 21, предназначенному для закрепления инструмента 2. С противоположной относительно крепежного фланца 21 торцовой стороны 11 инструмента 2 предусмотрена крепежная (зажимная) гайка 22 для закрепления инструмента 2 путем его прижатия к крепежному фланцу 21. Как показано на фиг.6, защитный корпус 20 ограничивает перемещение балансировочных противовесов 5, 6 в осевом направлении, но допускает при этом незначительное их перемещение в осевом направлении. Как только один из балансировочных противовесов 5, 6 соприкоснется с радиальной стенкой защитного корпуса 20, этот балансировочный противовес при вращении вала также начинает вращаться и в результате смещается радиально наружу.
В показанном на фиг.7 варианте автоматическое балансировочное приспособление также представляет собой часть ручной машины 1. Оба кольцевых балансировочных противовеса 5, 6 расположены в крепежной гайке 22, которая не допускает их осевого перемещения.
Показанный на фиг.8 вариант в основном соответствует показанному на фиг.7 варианту, но отличается от него тем, что балансировочное приспособление 4 интегрировано в крепежный фланец 21.
В показанном на фиг.9 варианте кольцевые балансировочные противовесы 5, 6 распределены между крепежной гайкой 22 и крепежным фланцем 21, которые поэтому являются частью автоматического балансировочного приспособления 4.