|
Главная>Область применения АБ |
|
Перед тем, как рассматривать области применения классических АБУ, следует отметить, что наибольшее применение в технике нашел шаровой АБУ. Связано это с тем, что шаровой АБУ обеспечивает наибольшую точность уравновешивания ротора, а с другой стороны, его корпус может охватывать ротор внешне, что освобождает внутреннее пространство ротора. Менее используются роликовые и маятниковые АБУ. При равных габаритных размерах они позволяют получить большую балансировочную емкость по сравнению с шаровыми АБУ. Но точность уравновешивания ими ротора меньше, поскольку на ролики и маятники действуют большие силы сухого трения, чем на шары. Практически не используются кольцевые АБУ, поскольку в сравнении с габаритными размерами имеют небольшую балансировочную емкость. Также практически не используются сегментные АБУ, поскольку на сегменты действуют значительные силы сухого трения, что уменьшает точность уравновешивания ими ротора. Описанные типы АБУ с твердыми КВ были сначала предложены для уравновешивания экстракторов машин по осушке сахара [11], центрифуг, экстракторов, сепараторов с вертикально расположенным валом [12], скоростных роторов, в частности шпинделей станков [13], шпинделей деревообрабатывающих станков, дисковых пил, шлифовальных кругов, вращающихся частей двигателей, гироскопов, пропеллеров самолетов [14], и т.д. В последующем такие устройства нашли применение для уравновешивания барабанов бытовых стиральных машин с вертикальным [15,16,18-21,212-214] и горизонтальным [22-26,211] расположением барабана, автомобильных и авиаколес [27-35], вращающихся частей двигателей внутреннего сгорания, в частности коленвалов [31-38], лопастей вертолетов [34,38], шпинделей шлифовальных и полировальных станков [17,33,35,38,196-200], шлифовальных дисков ручных шлифовальных машин [39,40,110,127-129,188-195], съемных дисков и CD/DVD дисков в соответствующих устройствах, которые используются в цифровой технике [40-48,201,202], сепараторов [49], вентиляторов [50], и в других роторных машинах. Предлагалось применять устройства для уравновешивания космических аппаратов и станций, и боеголовок и снарядов, положение которых стабилизируется в пространстве вращением [34,35]. Ниже рассматриваются некоторые патенты, которые иллюстрируют способ использования АБУ при уравновешивании разных объектов. На рис. 1.13 изображено использование шарового АБУ для уравновешивания вращающихся частей шлифовального (полировального) станка, предложенное E.L.Thearle в патенте US 1,967,176 [17].
Рис. 1.13. Patent US 1,967,163 -
уравновешивание вращающихся частей 1 – шпиндель, 2 – шлифовальный (полировальный) круг, 3 – шаровой АБУ На шпиндель 1 станка насажен шлифовальный (полировальный) вокруг 2. Их и другие вращающиеся части в сборе уравновешивают два шаровых АБУ 3, насаженных на шпиндель с противоположных сторон. Это обеспечивает полное (динамическое) уравновешивание вращающихся частей. По подобной схеме можно использовать все АБУ, предложенные для таких станков в упомянутых выше источниках [13,14,33,35,38,196-200]. На рис. 1.14 изображено использование шарового АБУ для уравновешивания вращающихся частей двигателя внутреннего сгорания, предложенного в патенте US 4,674,356 [37].
Рис. 1.14. Patent US 4,674,356 - уравновешивание вращающихся частей двигателя внутреннего сгорания: 1 – двигатель, 2 – вал, 3 – шаровой АБУ, 4 – шары На рис. 1.14 изображенный двигатель 1, на вал 2 которого из противоположных сторон насажены два шаровых АБУ 3. Это обеспечивает полное (динамическое) уравновешивание вращающихся частей двигателя. По подобной схеме используются все АБУ, предложенные в упомянутых выше патентах [31-36,38]. Некоторые патенты решают комплексную задачу по защите автомобилей от вибраций. Так на рис. 1.15 изображено использование шарового АБУ для уравновешивания коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, и вращающихся частей автомобильных колес, предложенного в патенте US 5,460,017 [32]. Из рисунка видно, что вал колес и коленвал уравновешиваются двумя АБУ в двух плоскостях коррекции, что обеспечивает их полное уравновешивание.
Рис. 1.15. Patent US 5,460,017 -
уравновешивание вращающихся частей 1 – колесо, 2 – вал колеса, 3 – шаровой АБУ, 4 – коленвал, 5 – шары Следует отметить, что в большинстве патентов, в которых предложено уравновешивать автомобильные и авиаколеса, АБУ устанавливаются непосредственно на колесо [27-31,33-35]. На рис. 1.16 изображено использование шарового АБУ, предложенного в патенте US 3,433,534 для уравновешивания разных вращающихся тел, в частности автомобильных и авиаколес [35]. Из рисунка видно, что к ободу колеса 1 крепится АБУ 2, внутри которого находятся шары 3. Один АБУ уравновешивает колесо в одной плоскости коррекции, что обеспечивает устранение статического дисбаланса. Два АБУ, расположенные с противоположных сторон обода, устраняют полный дисбаланс. Отмеченный патент интересен тем, что на свое время установил наиболее широкую область применения АБУ. В нем заявлено, что устройство применимо для уравновешивания: компонентов космических кораблей (спутников); космических станций; боеголовок ракет и снарядов; авто и авиаколес; шпинделей станков, и т.п. На рис. 1.16 показанная ракета 4 с боеголовкой 5, которую уравновешивают два АБУ 3. Использование двух АБУ обеспечивает полное уравновешивание боеголовки.
Рис. 1.16. Patent US 3,433,534 -
уравновешивание вращающихся тел - 1 – колесо, 2 – шаровой АБУ, 3 – шары, 4 – ракета, 5 – боеголовка Следует отметить, что на свое время наиболее широкая область применения АБУ указана и в патенте US 3,799,616 [34]. Это уравновешивание: авто и авиаколес; вращающихся антен; космических станций; полезных грузов космических ракет; боеголовок ракет; валов в прядильной промышленности; лопаток вертолетов. Новое использование АБУ – для уравновешивания вращающихся тел в полете (снарядов, боеголовок, космических станций, спутников, и тому подобное) интересно тем, что из-за отсутствия опор явление самоцентрирования наступает у таких тел на любой скорости вращения тела. Поэтому автобалансировка тел происходит на любой скорости вращения. Традиционное использование АБУ в центрифугах бытовых стиральных машин привело к тому, что с появлением автоматических стиральных машин АБУ начали использоваться при уравновешивании их барабанов, расположенных как вертикально, так и горизонтально – рис. 1.17.
Рис. 1.17. Уравновешивание барабанов автоматических стиральных машин а – с вертикальным (patent US 5,746,069) б – горизонтальным (patent US 2,984,094) расположением барабана: 1 – корпус машины; 2 – бак; 3 – барабан; 4 – шаровые АБУ, расположенные друг над другом; 5 – многорядный АБУ; 6 – роликовый АБУ На рис. 1.17, а изображено использование шарового АБУ при уравновешивании барабана автоматической стиральной машины с вертикально расположенным барабаном, описанное в патенте US 5,746,069 (один из последних патентов) [19]. В верхней части барабана 3 удобно устанавливать АБУ 4 друг над другом, а в нижней части – использовать многорядный АБУ 5. Использование АБУ в верхней и нижней частях барабана обеспечивает полное уравновешивание дисбаланса барабана с бельем. Однако следует отметить, что в подавляющем большинстве патентов вертикальные барабаны уравновешиваются одним АБУ. На рис. 1.17, бы показано уравновешивание горизонтально расположенного барабана автоматической стиральной машины роликовым АБУ, предложенным в патенте US 2,984,094 (один из первых патентов) [22]. Барабан 3 уравновешивается с двух сторон роликовыми АБУ 6. Это обеспечивает устранение полного дисбаланса барабана с бельем. Наиболее массовое использование АБУ получили при уравновешивании шлифовальных дисков ручных шлифовальных машин. На рис. 1.18 изображен пример использования АБУ, предложенного в патенте US 20020056338A1 (один из последних патентов) [40].
Рис. 1.18. Patent US 20020056338A1 - уравновешивание шлифовальных дисков ручных шлифовальных машин: 1 – ручная шлифовальная машина, 2 – шлифовальный диск, 3 – АБУ Поскольку диск плоский, то наибольшую составляющую дисбаланса дает статическая составляющая. Поэтому для ее устранения используется, как правило, один шаровой АБУ. Он может быть как однорядным, так и двухрядным. Следует отметить, что в патенте US 20020056338A1 указано и на возможность использования разработанного АБУ для уравновешивания CD и DVD дисков в соответствующих приводах. Сходство в конструкции АБУ, предназначенных для уравновешивания шлифовальных кругов и CD и DVD дисков вызвана тем, что как в електроинструменте, так и в CD/DVD приводах объектом балансировки является плоский диск, вращающийся со скоростями 5000-12000 об/с. На рис. 1.19 показана фотография CD/DVD привода с шаровым АБУ, разработанного фирмой LG Electronics Inc. [201]. На фотографии видно, что прозрачный диск имеет дисбаланс (Unbalanced Mass) и статически уравновешивается шарами, которые расположились напротив дисбаланса. АБУ совмещен с шпинделем электродвигателя, на который кладется CD/DVD диск.
Рис. 1.19. Уравновешивание CD и DVD дисков Наиболее обстоятельно использование разных типов АБУ (почти всех, что работают по схеме А.Fesca) при уравновешенные CD и DVD дисков описано в патенте US 6,373,154 [46] (владелец - Samsung Electronics Co., Ltd.). Этот патент можно рассматривать как определенный экскурс в историю уравновешивания таких дисков АБУ (ссылка на 8 патентов и 2 научные статьи – с описанием прототипов, и на 22 патента – с описанием аналогов изобретения), и как научный труд (на 32 страницах), который обстоятельно описывает использование разных АБУ при уравновешивании CD и DVD дисков. Мы не будем приводить схем и чертежей из этого патента из-за их специфичности. Усовершенствование конструкций АБУ наблюдается и в их традиционной области использования – уравновешивание экстракторов, сепараторов, центрифуг и т.п. На рис. 1.20 изображено уравновешивание сепараторов с вертикальным расположением барабана шаровым АБУ, предложенным в патенте US 6,132,354 [49].
а.............................................................. б
в..................................................................... г Рис. 1.20. Patent US 6,132,354 - уравновешивание экстракторов, центрифуг, сепараторов: 1 – двигатель, 2 – вал, 3 – барабан, 4 – емкости для обрабатываемой жидкости; 5 – шаровой АБУ; 6 – шары; 7 – беговая дорожка Из рис.
1.20, а,б видно, что барабан уравновешивается статически – одним
АБУ в одной плоскости коррекции. Для установки АБУ используется
пространство вблизи оси вращения, которое технологически не задействовано.
Как и в шаровом АБУ Сирла, в этом АБУ шары плотно
прижаты друг к другу,
когда находятся в нижней части АБУ (рис. 1.20, в). Однако в АБУ
нет расширяющейся конической части, по которой в АБУ Сирла шары
поднимаются и выходят на беговую дорожку. Для того чтобы шары могли
отклоняться в определенную сторону ротора и тем его уравновешивать,
предложено выполнить беговую дорожку высотой, большей радиуса шаров
в Перечислить все усовершенствования АБУ, работающих по схеме А.Феска, нет возможности. Объясняется это большим количеством патентов. Особенно в последнее время наблюдается значительное увеличение их количества. Появление новых патентов связано как с расширением областей применения пассивных АБУ, так и с усовершенствованием их конструкций. Ниже, по результатам обзора литературных источников, в табл.1.1. приведен (далеко не полный) перечень основных производителей и разроботчиков АБУ, и объектов автобалансировки. Табл. 1. Примеры промышленного использования АБУ
|
а
б
раза. Тогда шары на
дорожке смогут располагаться в два ряда (рис. 1.20, г), максимально
прижимаясь друг к другу. Это обеспечивает наименьшие габаритные
размеры АБУ в сравнении с балансировочной емкостью.