УСТРОЙСТВО БАЛАНСИРОВКИ ИЗДЕЛИЯ (ВАРИАНТЫ)
APPARATUS FOR BALANCING ARTICLES (VERSIONS)

Изобретение относится к области авиационной и космической техники, в частности к летательным аппаратам.
Известно устройство для балансировки изделий, содержащее корпус с размещенными внутри него тяговыми механизмами и корректирующие (балансировочные) массы, выполненные в виде отдельных элементов (тел качения), нанизанных на гибкие связи (тросики), закрепленные одним концом на тяговом механизме, а другим на корпусе, вблизи его оси вращения. При балансировке изделия во время его вращения ослаблением (натяжением) гибких связей нужных корректирующих масс их элементы перемещаются под действием центробежных сил в плоскости коррекции, компенсируя дисбаланс изделия (авторское свидетельство СССР №1534352, МПК5 G01M 1/36, опубл. 07.01.1990. Бюл. №1).
Недостатками этого устройства балансировки изделий являются:
- возможность балансировки только вращающегося изделия;
- корректировка положения центра масс изделия только в одном направлении относительно его продольной оси (оси вращения);
- невозможность корректировки положения главной центральной оси инерции изделия (угла поворота относительно продольной оси) и ее дополнительное смещение при корректировке положения центра масс;
- размещение устройства балансировки во внутреннем объеме изделия в зоне полезной нагрузки.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство балансировки изделия, описанное в способе балансировки вращающихся частей (патент Франции №2122176, MПK G01M 1/00 // B42B 41/00, опубликован 29.09.1972). Устройство содержит две массы коррекции (балансировки), установленные внутри изделия с возможностью перемещения каждой из масс коррекции вдоль двух взаимно перпендикулярных осей. Указанные массы коррекции образованы поршнями, перемещающимися в осевом направлении в цилиндрических расточках (неподвижных линейных взаимно перпендикулярных направляющих), соединенных с источником сжатого воздуха посредствам вращающихся соединений. Предусмотрена герметизация поршней в местах соприкосновения со стенками цилиндра. Имеется устройство управления подачей сжатого воздуха в цилиндры, работающее от измерительного устройства и обеспечивающее путем смещения поршней коррекцию измеренного разбаланса.
Недостатком этого способа балансировки является невозможность корректировки положения главной центральной оси инерции.
Технической задачей, решаемой с помощью предлагаемого устройства, является обеспечение заданного положения центра масс и главной центральной оси инерции изделия.
Технический результат по первому варианту:
- расширение функциональных возможностей устройства балансировки, заключающееся в регулировании и положения центра масс изделия, и угла поворота главной центральной оси инерции относительно его продольной оси;
- повышение точности регулирования положения центра масс и угла поворота главной центральной оси инерции;
- освобождение внутреннего объема изделия для размещения в нем полезной нагрузки.
Указанный технический результат по первому варианту достигается тем, что в устройстве балансировки изделия содержится пара балансировочных масс, установленных внутри изделия с возможностью перемещения каждой из балансировочных масс вдоль соответствующей направляющей из пары линейных взаимно перпендикулярных неподвижных направляющих, а также связи балансировочных масс с внешним приводом. В отличие от прототипа заявляемое устройство снабжено второй парой балансировочных масс, установленных внутри изделия с возможностью перемещения каждой из балансировочных масс вдоль соответствующей направляющей из двух пар линейных взаимно перпендикулярных неподвижных направляющих. Направляющие размещены впереди и сзади центра масс изделия. Связи балансировочных масс с внешним приводом выполнены в виде гибких тяг, размещенных вблизи внутренней боковой поверхности изделия, и снабжены фиксаторами их положения, установленными в торцевой части изделия.
Возможность перемещения каждой из балансировочных масс вдоль соответствующей направляющей из двух пар линейных взаимно перпендикулярных неподвижных направляющих позволяет получить смещение центра масс каждой пары балансировочных масс (пары балансировочных масс, расположенных на соответствующей паре направляющих) в любом направлении относительно продольной оси изделия, чем обеспечивается корректировка положения центра масс и главной центральной оси инерции изделия в любом заданном направлении относительно его продольной оси с высокой точностью.
Размещение балансировочных масс впереди и сзади центра масс изделия позволяет их смещением в противоположных направлениях относительно продольной оси изделия корректировать положение (угол поворота) его главной центральной оси инерции, смещением в одном направлении - положение его центра масс (расширение функциональных возможностей).
Размещение связей (гибких тяг) балансировочных масс с внешним приводом вблизи внутренней поверхности изделия позволяет освободить внутренний объем изделия для размещения в нем полезной нагрузки.
Наличие фиксаторов положения гибких тяг обеспечивает фиксацию положения балансировочных масс после их смещения в положение, необходимое для балансировки изделия. Расположение фиксаторов в торцевой части изделия обеспечивает к ним удобный доступ и освобождает внутренний объем изделия для размещения в нем полезной нагрузки.
Технический результат по второму варианту:
- расширение функциональных возможностей устройства балансировки, заключающееся в регулировании и положения центра масс изделия, и угла поворота главной центральной оси инерции относительно его продольной оси;
- повышение точности регулирования положения центра масс и угла поворота главной центральной оси инерции;
- обеспечение регулирования положения центра масс и угла поворота главной центральной оси инерции с максимальной эффективностью (максимально возможной величиной коррекции положения центра масс и главной центральной оси инерции при постоянных величинах балансировочных масс и координат их расположения вдоль направления продольной оси изделия);
- освобождение максимального внутреннего объема изделия для размещения в нем полезной нагрузки.
Указанный технический результат по второму варианту достигается тем, что в устройстве балансировки изделия содержится пара балансировочных масс, установленных внутри изделия с возможностью перемещения каждой из балансировочных масс вдоль соответствующей направляющей из пары неподвижных направляющих, а также связи балансировочных масс с внешним приводом. В отличие от прототипа заявляемое устройство снабжено второй парой балансировочных масс, установленных внутри изделия с возможностью перемещения каждой из балансировочных масс вдоль соответствующей направляющей из двух пар неподвижных направляющих. Направляющие выполнены кольцевыми и размещены впереди и сзади центра масс изделия. Связи балансировочных масс с внешним приводом выполнены в виде гибких тяг, размещенных вблизи внутренней боковой поверхности изделия, и снабжены фиксаторами их положения, установленными в торцевой части изделия.
Возможность перемещения каждой из балансировочных масс вдоль соответствующей направляющей из двух пар неподвижных направляющих, выполненных кольцевыми, позволяет получить смещение центра масс каждой пары балансировочных масс (пары балансировочных масс, расположенных на соответствующей паре направляющих) в любом направлении относительно продольной оси изделия, чем обеспечивается корректировка положения центра масс и главной центральной оси инерции изделия в любом заданном направлении относительно его продольной оси с высокой точностью и максимальной эффективностью (максимально возможной величиной коррекции положения центра масс и главной центральной оси инерции при постоянных величинах балансировочных масс и координат их расположения вдоль направления продольной оси изделия).
Размещение балансировочных масс впереди и сзади центра масс изделия позволяет их смещением (смещением центра масс каждой пары балансировочных масс) в противоположных направлениях относительно продольной оси изделия корректировать положение (угол поворота) его главной центральной оси инерции, смещением в одном направлении - положение его центра масс (расширение функциональных возможностей).
Размещение связей балансировочных масс с внешним приводом (гибких тяг) вблизи внутренней поверхности изделия и выполнение направляющих кольцевыми позволяет максимально освободить внутренний объем изделия для размещения в нем полезной нагрузки.
Наличие фиксаторов положения гибких тяг обеспечивает фиксацию положения балансировочных масс после их смещения в положение, необходимое для балансировки изделия. Расположение фиксаторов в торцевой части изделия обеспечивает к ним удобный доступ и освобождает внутренний объем изделия для размещения в нем полезной нагрузки.
Изобретение поясняется рисунками:
- на фиг.1 представлен общий вид устройства балансировки изделия по первому варианту;
- на фиг.2 представлен общий вид изделия с устройством балансировки в начальном состоянии перед корректировкой положения центра масс (вариант начального положения балансировочных масс и центра масс изделия);
- на фиг.3 представлен общий вид изделия с устройством балансировки в конечном состоянии после корректировки положения центра масс (вариант конечного положения балансировочных масс и центра масс изделия);
- на фиг.4 представлен общий вид изделия с устройством балансировки в исходном состоянии перед корректировкой положения главной центральной оси инерции (вариант начального положения балансировочных масс и главной центральной оси инерции);
- на фиг.5 представлен общий вид изделия с устройством балансировки в конечном состоянии после корректировки положения главной центральной оси инерции (вариант конечного положения балансировочных масс и главной центральной оси инерции);
- на фиг.6 представлен общий вид устройства балансировки изделия по второму варианту;
- на фиг.7 представлен вид на переднюю пару направляющих устройства балансировки изделия по второму варианту;
- на фиг.8 представлен вид на заднюю пару направляющих устройства балансировки изделия по второму варианту;
Устройство балансировки изделия по первому варианту (фиг.1-5) содержит установленные во внутреннем объеме корпуса 1 изделия две пары взаимно перпендикулярных линейных неподвижных направляющих 2. При этом одна пара установлена впереди центра масс 3 изделия, вторая - позади. На каждой из четырех направляющих 2 установлено по одной балансировочной массе 4 с возможностью перемещения вдоль соответствующей направляющей 2. Перемещение балансировочных масс 4 вдоль направляющих 2 осуществляется внешним приводом (на фигуре не показан) натяжением и ослаблением гибких тяг 5, соединенных с балансировочными массами 4 и идущих (в данном примере выполнения через систему роликов 6) вдоль корпуса 1 в его торцевую часть. В торцевой части корпуса 1 установлены фиксаторы 7, которые после перемещения балансировочных масс 4 в необходимое положение зажимают гибкие тяги 5 и фиксируют положение балансировочных масс 4.
Устройство балансировки изделия по второму варианту (фиг.6) содержит установленные во внутреннем объеме корпуса 1 изделия две пары неподвижных направляющих 2, выполненных кольцевыми. При этом одна пара установлена впереди центра масс 3 изделия, вторая - позади. На каждой из четырех направляющих 2 установлено по одной балансировочной массе 4 с возможностью перемещения вдоль соответствующей направляющей 2. Перемещение балансировочных масс 4 вдоль направляющих 2 осуществляется внешним приводом (на фигуре не показан) натяжением и ослаблением гибких тяг 5, соединенных с балансировочными массами 4 и идущих (в данном примере выполнения через систему роликов 6) вдоль корпуса 1 в его торцевую часть. В торцевой части корпуса 1 установлены фиксаторы 7, которые после перемещения балансировочных масс 4 в необходимое положение зажимают гибкие тяги 5 и фиксируют положение масс 4.
Устройство балансировки изделия по первому варианту работает следующим образом. При необходимости корректировки положения центра масс 3 и угла поворота главной центральной оси инерции 8 относительно продольной оси 9 изделия после его сборки и определения фактических значений положения центра масс 3 и угла поворота главной центральной оси инерции 8 проводится расчет координат расположения балансировочных масс 4 (их центров масс), обеспечивающих требуемую корректировку. Исходными данными для расчета являются фактические и требуемые значения положения центра масс 3 изделия и угла поворота главной центральной оси инерции 8 относительно продольной оси (величины требуемого смещения центра масс 3 и главной центральной оси инерции 8), масса всего изделия и массы балансировочных масс 4, главные центральные моменты инерции изделия и координаты расположения направляющих 2 вдоль направления продольной оси 9 изделия.
Балансировочные массы 4 по направляющим 2 перемещают внешним приводом с помощью гибких тяг 5 на величины, определенные расчетом. Затем их фиксируют фиксаторами 7. В результате центр масс 3 изделия и главная центральная ось инерции 8 принимают требуемые положения.
1
1
Например, при необходимости смещения (корректировки положения) центра масс 3 изделия относительно его продольной оси 9 из начального (см. фиг.2) в конечное (см. фиг.3) положение (например, обеспечение совпадения центра масс 3 изделия с его продольной осью 9) по взаимно перпендикулярным осям 10 и 11 (направления осей 10 и 11 совпадают с направляющими 2) на y мм и z мм соответственно необходимо балансировочные массы 4 и передней, и задней пары направляющих 2 сместить относительно начального положения в направлении оси 10 на y мм и в направлении оси 11 на z мм (см. фиг.2, фиг.3). При этом:
1
y=y·М/(2·m);
1
z=z·M/(2·m);
1
1
где y и z - величины смещения балансировочных масс 4 по осям 10 и 11 соответственно, обеспечивающие требуемое смещение центра масс 3 изделия;
y и z - требуемые смещения центра масс 3 изделия по осям 10 и 11 соответственно;
М - масса изделия;
m - масса одной балансировочной массы 4.
2
2
Например, при необходимости корректировки положения главной центральной оси инерции 8, при ее отклонении от продольной оси 9 изделия в плоскости, содержащей продольную ось 9 и ось 10, по часовой стрелке на угол α (см. фиг.4) (например, обеспечение совпадения направлений главной центральной оси инерции 8 изделия с его продольной осью 9) и при условии расположения передних и задних направляющих 2 симметрично относительно центра масс 3 изделия необходимо сместить балансировочную массу 4 по передней направляющей 2, совпадающей по направлению с осью 10, в направлении, противоположном оси 10, на y мм и балансировочную массу 4 задней направляющей, совпадающей по направлению с осью 10, - в направлении оси 10 на y мм (см. фиг.5). При этом:
2
где y - величина смещения балансировочных масс 4 по оси 10 (в противоположные направления), обеспечивающая требуемую корректировку положения главной центральной оси инерции 8;
xx
yy
I и I- главные центральные моменты инерции изделия;
α - угол отклонения главной центральной оси инерции 8 изделия от его продольной оси 9,
m - масса одной балансировочной массы 4;
b - расстояние между передними и задними направляющими 2 по оси 9 (удвоенное расстояние от направляющих 2 до центра масс 3 изделия).
Произведя вышеописанным образом смещение центра масс 3 изделия по направлениям осей 10 и 11, а также поворот его главной центральной оси инерции 8 в двух плоскостях, содержащих оси 9, 10 и 9, 11 соответственно, заданное положение центра масс 3 и главной центральной оси инерции 8 изделия будет обеспечено.
Использование предлагаемого устройства балансировки изделия по первому варианту позволяет:
- регулировать и положение центра масс изделия, и угол поворота главной центральной оси инерции относительно его продольной оси (расширить функциональные возможности устройства балансировки изделия);
- повысить точность регулирования положения центра масс и угла поворота главной центральной оси инерции;
- освободить внутренний объем изделия для размещения в нем полезной нагрузки.
Устройство балансировки изделия по второму варианту работает следующим образом. При необходимости корректировки положения центра масс 3 и угла поворота главной центральной оси инерции 8 относительно продольной оси 9 изделия после его сборки и определения фактических значений положения центра масс 3 и угла поворота главной центральной оси инерции 8 проводится расчет координат расположения балансировочных масс 4 (расчет величин их смещения вдоль направляющих 2), обеспечивающих требуемую корректировку. Исходными данными для расчета являются фактические и требуемые значения положения центра масс 3 изделия и угла поворота главной центральной оси инерции 8 относительно продольной оси, масса всего изделия и массы балансировочных масс 4, главные центральные моменты инерции изделия, координаты расположения направляющих 2 вдоль направления продольной оси изделия 9, радиус кольцевых направляющих.
Балансировочные массы 4 по направляющим 2 перемещают внешним приводом с помощью гибких тяг 5 на величины, определенные расчетом. Затем их фиксируют фиксаторами 7. В результате центр масс 3 изделия и главная центральная ось инерции 8 принимают требуемые положения.
1
2
Например, при необходимости корректировки положения (смещения) центра масс 3 изделия относительно его продольной оси 9 (например, обеспечение совпадения центра масс 3 изделия с его продольной осью 9) по взаимно перпендикулярным осям 10 и 11 на y мм и z мм соответственно и при условии равенства радиусов всех направляющих 2 необходимо по одной балансировочной массе 4 из передней и задней пары направляющих 2 сместить относительно принятого начала отсчета 12 против часовой стрелки на угол φ и по одной балансировочной массе - на φ (см. фиг.6, фиг.7). При этом:
;
;
1
2
где φ и φ - величины углов смещения каждой пары балансировочных масс 4 по направляющим 2 относительно принятого начала отсчета 12 против часовой стрелки, обеспечивающие требуемое смещение центра масс 3 изделия;
y и z - требуемые смещения центра масс 3 изделия по осям 10 и 11 соответственно;
М - масса изделия;
m - масса одной балансировочной массы 4;
R - радиус направляющих 2.
1
2
3
4
Например, при необходимости корректировки положения главной центральной оси инерции 8, при ее отклонении от продольной оси 9 изделия по часовой стрелке на угол α в плоскости 13, расположенной под углом φ к плоскости, образованной осями 9 и 11 (например, обеспечение совпадения направлений главной центральной оси инерции 8 изделия с его продольной осью 9), и при условии расположения передних и задних направляющих 2 симметрично относительно центра масс 3 изделия и равенства радиусов всех направляющих 2 необходимо сместить балансировочные массы 4 передней пары направляющих 2 относительно принятого начала отсчета 12 против часовой стрелки на углы φ и φ (см. фиг.7), балансировочные массы 4 задней направляющей - на углы φ и φ (см. фиг.8). При этом:
;
;
;
1
2,
3
4
где φ и φ φ и φ - величины углов смещения балансировочных масс 4 по направляющим 2 передней и задней пар направляющих относительно принятого начала отсчета 12 против часовой стрелки, обеспечивающие требуемую корректировку положения главной центральной оси 8 изделия;
φ - угол наклона плоскости 13, содержащей главную центральную ось инерции 8 и продольную ось 9 изделия, к плоскости, содержащей продольную ось 9 и ось 11;
xx
yy
I и I - главные центральные моменты инерции изделия;
α - угол отклонения главной центральной оси инерции 8 изделия от его продольной оси 9,
m - масса одной балансировочной массы 4;
b - расстояние между передними и задними направляющими 2 по оси 9 (удвоенное расстояние от направляющих 2 до центра масс 3 изделия);
R - радиус направляющих 2.
Произведя вышеописанным образом смещение центра масс 3 изделия по направлениям осей 10 и 11, а также поворот его главной центральной оси инерции 8 в плоскости 13, заданное положение центра масс 3 и главной центральной оси инерции 8 изделия будет обеспечено.
Использование предлагаемого устройства балансировки изделия по второму варианту позволяет:
- регулировать и положение центра масс изделия и угол поворота главной центральной оси инерции относительно его продольной оси (расширить функциональные возможности устройства балансировки изделия);
- обеспечить регулирование положения центра масс и угла поворота главной центральной оси инерции с максимальной эффективностью (максимально возможной величиной коррекции положения центра масс и главной центральной оси инерции при постоянных величинах балансировочных масс и координат их расположения вдоль направления продольной оси изделия);
- повысить точность регулирования положения центра масс и угла поворота главной центральной оси инерции;
- максимально освободить внутренний объем изделия для размещения в нем полезной нагрузки.