УСТРОЙСТВО ДЛЯ БАЛАНСИРОВКИ РОТОРОВ
ROTOR BALANCING DEVICE

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для автоматического уравновешивания роторов, машин и механизмов.
Известно устройство для автоматической балансировки роторов (RU 2259545 С2, МПК G01M 1/30), содержащее кольцевую балансировочную камеру, полностью заполненную отвердевающим материалом, обладающим способностью расплавляться при разогреве опоры и отвердевать за счет естественного отвода теплоты в результате теплообмена между опорой и окружающей средой при исчезновении вибрации ротора. При этом в роторе в месте крепления к нему внутренней обоймы балансировочной камеры выполнена шарообразная выпуклость.
Недостатками решения является изменение положения оси ротора и, соответственно, его боковой поверхности относительно первоначального после окончания процесса балансировки, что, например, для шпинделей металлообрабатывающих станков с установленным на них инструментом является недопустимым, а также ограничение угла поворота оси ротора, т.к. он возможен только за счет зазоров в шарообразной выпуклости и опорах.
Задачей заявляемого изобретения является устранение данных недостатков, т.е. обеспечение постоянства положения оси ротора после его балансировки и устранение ограничения угла поворота ротора.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в повышении качества обрабатываемых деталей инструментами, установленными на шпинделе.
Существенные признаки, характеризующие изобретение.
Ограничительные признаки: устройство для балансировки ротора, содержащее кольцевые балансировочные камеры, полностью заполненные отвердевающим материалом, обладающим способностью расплавляться при разогреве опоры и отвердевать за счет естественного отвода теплоты в результате теплообмена между опорой и окружающей средой при исчезновении вибрации ротора, балансирующий вал, который имеет в местах крепления шарообразные выпуклости, а балансировочные камеры выполнены в виде цилиндрической емкости с поршнем, положение которого относительно емкости устанавливается и фиксируется в процессе балансировки.
Отличительные признаки: балансировочные камеры установлены внутри ротора, на них установлен балансирующий вал, при этом балансировочные камеры способны вместе с балансирующим валом смещаться относительно внутренней поверхности ротора в направлении его оси вращения.
Общеизвестно, что балансировка - это технологический процесс совмещения главной центральной оси инерции ротора с его осью вращения. Одним из методов балансировки является изменение положения опор ротора так, чтобы ось вращения ротора, обычно проходящая через центры сечений подшипниковых опор, совпала с главной центральной осью инерции ротора. Для достижения этого результата применяют балансировочную камеру, устанавливаемую между ротором и подшипниковой опорой, заполненную отвердевающим материалом.
При эксплуатации ротативной конструкции неизбежно возникновение дисбаланса из-за: изменения скорости вращения ротора; наличия на вращающемся роторе изношенных, сломанных, дефектных, недостающих, недостаточно прочно закрепленных и т.д. деталей и узлов; особенностей эксплуатации данного оборудования, приводящих к неравномерному нагреву и искривлению осей роторов; появления сколов или налипания среды на вращающиеся части машины, их коррозионного износа, ослабления связей в составных частях роторов, ослабления опор и фундаментных конструкций. При этом работоспособность машины сохраняется, но требуется ее балансировка. В таких случаях важным фактором является время нахождения системы под нагрузкой на рабочей частоте вращения с дисбалансом, в течение которого резко вырастают динамические усилия на опоры, т.к. время срабатывания балансировочного устройства определяет долговечность конструкции.
В заявляемом устройстве время нахождения системы в разбалансированном состоянии зависит только от времени изменения агрегатного состояния легкоплавких веществ, находящихся внутри балансировочной камеры. Для его уменьшения к камерам при возникновении дисбаланса ротора с помощью внешних источников подводят количество теплоты, достаточное для расплавления легкоплавких веществ, что в свою очередь, позволяет поршням перемещаться относительно камер и внутренней поверхности ротора. Данную операцию производят на закритических скоростях вращения, которая определяется подбором температуры плавления легкоплавких веществ и параметрами ротора. При получении степеней свободы перемещения поршней вместе с балансирующим валом они смещаются, совмещая ось вращения с главной центральной осью инерции ротора. Это явление называется самоцентрированием (Дондошанский В.К. Динамика и прочность судовых газотурбинных двигателей. Л.: Судостроение, 1978). После балансировки ротора внешний источник теплоты отключают, происходит естественный отвод теплоты от легкоплавких веществ, в результате чего они застывают и ротор начнет вращаться в сбалансированном состоянии.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показано расположение элементов балансировочных камер и балансирующего вала до балансировки; на фиг.2 - после балансировки; на фиг.3 - увеличенная позиция I на фиг.2.
Устройство состоит из внешних обойм (цилиндрических емкостей) 1 и внутренних обойм (поршней) 2, которые в свою очередь и составляют балансировочные камеры (фиг.1). Внутри камеры заполнены легкоплавким веществом 3. Внешние обоймы балансировочных камер 1 способны смещаться относительно внутренней поверхности ротора 5 в направлении его оси вращения, а внутренние обоймы 2 способны смещаться относительно внешних обойм 1, при этом они соединены с балансировочном валом 4, который имеет в местах крепления шарообразные выпуклости с коэффициентом трения между ними и внутренними обоймами, исключающим их проскальзывание относительно друг друга при вращении ротора с рабочей частотой. Устройство содержит пружины 6 и опоры 7, которые позволяют балансировочному валу вначале удерживаться в нейтральном положении (фиг.1), а затем в процессе балансировки смещаться вдоль и поперек оси его вращения на расстоянии ∆x и ∆y (фиг.2, 3), что обеспечит балансировку ротора 5 при неизменном положении его внешней поверхности относительно первоначального, т.е. достичь заявленный технический результат.