专利名称：自动补偿不平衡阻力的系统与方法
技术领域：
本发明涉及一种平衡方法与装置，同时更具体地，涉及一种用于动态平衡在旋转体中由切向作用到该旋转体的阻力引起的不平衡状态的方法和装置。
背景技术：
已知许多不同的用于平衡旋转体中的不平衡状态的装置。这些装置通常包括具有预定重量值的配重，该配重处在距旋转轴的预定位置以对着旋转体中的不平衡。通常不平衡的大小是已知的，且因而，可以计算配重的所需重量与位置因此该重量就被置于将起抵消已知不平衡的作用的地方。当在机械的旋转过程中质量不平衡基本上保持恒定，为除去这种不平衡的传统方法包括安装或放置等于不平衡量的配重到旋转体上，并且处在直接与不平衡对着的一个位置。
在动态条件下，也就是，当物体绕一轴旋转且在该旋转体中因为外部条件或其它原因产生不平衡时，已知的技术其中一个振动阻尼组件设置处于绕该组件周边的若干环形槽或轨道中并在那里沿轴向延伸。若干个球或滚子放在每一个轨道中。这种球或滚子沿该轨道自由移动并因而抵消不平衡力。
在旋转体中由于旋转阻力不平衡状态可能扩大。这种不平衡状态由旋转体与包围的流体和/或静止表面的相互作用而造成。特别是，当该旋转体基本上不对称时可以出现这种不平衡状态。这种不对称使有害的不平衡旋转阻力升高。经受这种不平衡旋转阻力的机械包括轨道磨光器、船舰和飞机螺旋桨、混合器、处理器、风扇等等。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种平衡装置以消除旋转体中的不平衡，其中的不平衡在使用中趋于变化，诸如在使用一轨道磨光器磨光操作的过程中导致的不平衡。根据本发明的另一方面，在整个使用过程中移动构件用以补偿特别由具有可旋转构件的装置引起的切向不平衡力，该力抵消切向阻力作为一中间体。在使用轨道磨光器或其它装置的过程中扩大的旋转阻力不可能事先预定且在机械的工作过程中有很大的变化。因而，这种平衡固有地导致残存的不平衡和相关连的振动。在高速机械上这些残存的振动可能特别的高。在机械工作过程中变化的不平衡可能导致严重的振动与损坏。
根据本发明的实施例，一种具有可旋转的构件和自动或动态平衡的装置包括一壳体、可旋转地安装在该壳体上的轴，该轴在靠近轴的一端支撑该构件，至少一个配重固定地安装在该轴上以及至少一个安装在该轴上的自动调节平衡器。该自动调节平衡器包括至少一个或多个补偿质量，该质量在相对于轴的通路中来回移动以便补偿作用在该构件上的可变化的不平衡力。
根据本发明的又一方面，至少一个固定地安装在该轴上的配重安装在一个与之不同的平面中，在该平面内安装至少一个自动调节平衡器。
还是根据本发明的又一方面，至少一个自动调节平衡器安装在该轴上的较近的一个平面中，在该平面内可变化的不平衡力作用到构件上而不是作用到至少一个配重上。
图1是根据本发明的一实施例的包括一自动平衡装置的轨道磨光器的侧剖视图。
图1A是图1所示的自动平衡装置的又一侧剖视图。
图1B是图1所示的自动平衡装置的透视图。
图1C是图1所示的自动平衡装置的另一透视图。
图2是根据本发明第二实施例用于轨道磨光器的自动平衡装置的侧剖视图。
图2A是图2所示的自动平衡装置的透视图。
图3是根据本发明第三实施例用于轨道磨光器的自动平衡装置的侧剖视图。
图4A是根据本发明第一实施例并说明作用在平衡装置上的各种力的自动平衡装置的透视图。
图4B是图4A所示的自动平衡装置的、部分剖视的俯视图。
图4C是作用到图4A所示的自动平衡装置上的各种不平衡和配重力的图示表达。具体地，图4表示正常磨光工作的典型力。
图4D是根据本发明第一实施例并表示作用到平衡装置上各种力的自动平衡装置的又一透视图。
图4E是图4D所示的平衡装置，并说明作用到平衡装置构件上各种力的、部分剖视的俯视平面图。
图4F是作用到图4D所示的平衡装置上的各种力的图示表达。具体地，图4F表示轻型磨光工作的各种力。
图4G是根据本发明第一实施例的自动平衡装置，并说明作用到平衡装置上各种力的另一透视图。
图4H是图4G所示平衡装置，并说明作用到平衡装置构件上各种力的、部分剖视的俯视平面图。
图4I是在重磨光工作过程中作用在图4G所示平衡装置上各种不平衡和配重力的图示表达。
图4J说明一举例的不具有自动平衡特征的平衡装置，它表示作用到该平衡装置上的各种力。
图4K是图4J所示的平衡装置的部分剖视的俯视平面图。
图4L是在正常磨光工作过程中作用到图4J所示的平衡装置上的各种力的图示表达。
图4M是诸如图4J所示的、不具有任何自动平衡特征的平衡装置的又一透视图。
图4N是图4M所示的平衡装置的、部分剖视的、俯视平面视图。
图4O是在轻型磨光工作过程中作用到图4M所示的平衡装置上的各种力的图示表达。
图4P是不具有任何自动平衡特征的平衡装置的又一透视图。
图4Q是图4P所示的平衡装置的、部分剖视的俯视平面视图。
图4R是在重磨光工作过程中作用到图4P所示的平衡装置上的各种力的图示表达。
图5A说明根据本发明一实施例的具有平衡器的螺旋桨。
图5B是图5A所示的螺旋桨的正视图。
图6A是说明根据本发明的一实施例具有一平衡器的混合器。
图6B是图6A所示的混合器的、部分剖视的一俯视平面视图。
具体实施例方式
先参照图1，图中示出安装在一壳体内用于轨道磨光机20的根据本发明一实施例的一种自动平衡装置。该自动平衡装置包括一可旋转地安装在轨道磨光机20的壳体24中的主中心轴30。一偏心地安装的磨光垫44被安装在轴30的下端，磨光垫44绕其旋转的轴线45与轴30的中心轴线22偏置。该轴30可旋转地安装在上轴承32和下轴承39中，同时一附加的摩擦垫轴承42可旋转地与轴30的中心轴线22偏心地安装在摩擦垫44上。
在图1、1A、1B和1C所示的实施例中，自动平衡装置的中心轴30支撑一个上平衡器34和一个下平衡器40以及一第一配重37和一第二配重38。在图1、1A、1B和1C所示的实施例中，该上自动平衡器34是一个较小的“调整位置”的平衡器，而下自动平衡器40是一较大的、主平衡器。可能是电动的、气动的或液压的马达36被安装到轴30上以便在上和下轴承32、39中可旋转地驱动该轴30。
如在图1和1A中最佳看到的，该上自动平衡器34包括一平衡器壳34a，该平衡器壳34a限定一环形腔，在该腔中包含一或几个补偿质量34b或者任选的平衡器流体34c。虽然在图1的实施例中表示的补偿质量34b被表示成球形质量，但是这些补偿质量可以设成任何各种不同的形状诸如球形、盘状或圆柱形。该补偿质量34b可自由地在由平衡器壳34a限定的腔内移动，同时可以在腔内提供适当的润滑剂或平衡器流体34c以降低补偿质量与平衡器壳体34a之间的摩擦，同时降低当平衡装置在工作时由补偿质量产生的噪声。该平衡流体34c还对补偿质量产生一定量的粘滞阻尼。
在所示实施例中，包括较大尺寸的补偿质量的主平衡器40也安装到轴30一个较靠近偏心安装磨光垫44的平面的位置。该主平衡器40包括一平衡器壳体40a，该平衡器壳体限定一个腔，在该腔里面补偿质量40b自由移动。一种可选的平衡器流体40c也可包含在由平衡器壳体40a所限定的腔中。
图4A-4I表示在不同的应用中图1-1C的自动平衡装置。如图4A-4I所示，当自动平衡器绕轴30旋转时，由配重38产生一第一相对的平衡力F1，由配重37产生一第二相对的平衡力F2。选择第一和第二配重37、38以平衡平均工作的轨道磨光器，其中第一相对的平衡力F1和第二相对的平衡力F2是以补偿在平均工作过程中所产生的所有不平衡力。由于磨光垫44绕偏心轴线45旋转，以及偏心轴线45绕主轴30的中心轴线22旋转产生一偏心的不平衡力Fi。由于磨光垫44和要被磨光的工件之间接触产生一旋转摩擦力Ff。此摩擦力Ff由于它从偏心轴线45指向所以切向地作用到主轴30上，如图4B、4E、4K、4N和4Q所示。在图4A-4C所示的情况中，配重37、38补偿所有作用到自动平衡装置上的动态力，自动平衡器34、40对平衡状态不附加力，如在较小平衡器34中补偿质量34b的均匀分布以及在主平衡器40中补偿质量40b的均匀分布所示出的。该配重37、38通常在工厂设定以便对由典型使用造成的不平衡力提供适当的补偿。任何对这种典型使用的偏离或在磨光状态中的任何变化将导致摩擦力Ff的改变并将导致不平衡状态，该不平衡状态转而由自动平衡器补偿。
具体地，图4D-4F表示一种情况，在该情况中轨道磨光器的自动平衡装置用于轻的磨光工作中。在此情况中，与正常磨光工作下的摩擦力Ff(如图4F所示)相比，旋转摩擦力Ff比较小，因此由配重38、37产生的相对的摩擦力F1和F2过补偿不平衡力。这就使总的不平衡力47a(图4F)升高。此外，由于所有的不平衡力处于沿轴22的不同平面中，导致不平衡力矩或力偶。在这种情况中主平衡器40的补偿质量40b和调整平衡位置的平衡器34的补偿质量34b基本上定位它们本身从而抵消总的不平衡力47和相关连的不平衡力矩或力偶。在主平衡器40内的较大补偿质量40b产生主平衡器力Fbd和在较小的或调整平衡位置的平衡器34内的补偿质量34b产生较小的或调整平衡位置平衡器力Fbt，导致有效的抵消平衡力47b。如图4F所示，由于在平衡器34和40内的补偿质量的运动与定位，配重37、38的过补偿被抵消以便平衡整个平衡系统。因为调整平衡位置平衡器34安装在与主平衡器40不同的平面中，因此平衡器内的补偿质量产生的力抵消由摩擦力Ff、不平衡力Fi和配重力F1和F2产生的不平衡力和不平衡力矩。根据本发明的实施例，曾经发现作用在沿主轴30的不同平面中的调整平衡位置平衡器力Fbt和主平衡器力Fbd在抵消平衡由例如轨道磨光垫的旋转构件和该旋转构件作用于其上的中间体，例如要磨光的工件之间的阻力的产生的切向不平衡力是有效的。
如图4D和4E所示，主平衡器力Fbd作用在与调整平衡位置平衡器力Fbt相对的方向，同时作用在比调整平衡位置平衡器力Fbt的平面的更靠近不平衡力Ff和Fi作用在其中的一个平面的平面中。因此配重和自动平衡器在沿轴30的轴间隔开位置的安排导致径向不平衡力、切向不平衡力、和相关连的不平衡力矩或力偶的动态平衡。
图4G-4I说明的情况，其中自动平衡系统用在重的磨光操作过程。在这种情况中，如图4I所示，与正常磨光工作的摩擦力Ff相比旋转摩擦力Ff是比较大的。因而，由配重38、37产生的抵消平衡力F1、F2欠补偿由轨道磨光器工作产生的动态力。这导致总的不平衡力48a和相关连的不平衡力矩或力偶。在这种情况中，如图4I所示，主平衡器40中的大的补偿质量40b和调节平衡位置平衡器34中的小的补偿质量34b在平衡器中移动它们的位置从而由配重F1、F2以有效的抵消平衡力48b抵消过补偿，并使整个自动平衡系统达到平衡。如图4G和4H所示，大的切向不平衡力Ff由主平衡器力Fbd抵消，该力作用在相对的方向并处在靠近不平衡力Ff和Fi的平面中。附加的调整平衡位置平衡器力Fbt作用在比主平衡器更远离不平衡力的平面的一个平面中，并且在主平衡器力Fbd的相对的方面。因而，径向与切向不平衡力和力矩二者被抵消，并且该系统达到平衡。
图4J-4L表示处于与图4D-4F所示根据本发明一实施例的自动平衡系统相同情况的系统，但是自动平衡器34、40移去了。在这种情况中，由旋转摩擦力Ff产生的动态力和不平衡力Fi被由配重37、38产生的抵消平衡力F1、F2完全补偿。
图4M-4O表示处于与图4D-4F所示根据本发明一实施例的自动平衡系统相同情况的系统，但是用的平衡器不包括自动平衡器34、40。在这种情况中轨道磨光器被用于轻型磨光应用，这样与正常摩擦力Ff相比，该旋转摩擦力Ff比较小。因而，如图4O所示，配重F1、F2过补偿动态力Ff、Fi因而提高不平衡力Fu。
图4P-4R表示处于与图4G-4I所示根据本发明一实施例的自动平衡系统相同情况的系统，但是所用的平衡器不包括自动平衡器34、40。在这种情况中与正常摩擦力Ff相比旋转摩擦力Ff比较大，并因此由配重37、38产生的抵消力F1、F2欠补偿动态力，使不平衡力Fu升高如图4R所示。
根据本发明的自动平衡系统的另一实施例如图2和2A所示。在此实施例中去除较小的调节位置平衡器，以大的主平衡器40设置在靠近轨道磨光器44的平面的一平面中，同时配重37、38以远离磨光垫44的轴向间隔位置安装到轴30上。此处要注意，优选实施例包括两个自动平衡器诸如图4A、4D或4G所示。但是，对于与系统的质量相比不平衡力矩或力偶是小的情况中，可能以单个自动平衡器，如图2和2A所示，实现可接受的平衡。
如图3所示的又一实施例，其中设置一较小的调节平衡位置平衡器34和一较大的主平衡器4O，但是在轴30上仅安装一个配重38。如同其它上述实施例，主平衡器40被放置在一个靠近磨光垫44的平面的平面中，将调节平衡位置的平衡器34放置成尽可能远离磨光垫44的平面。一个配重38安装在平衡器34-40之间的轴30上。
类似的原理与机构可用于提供螺旋桨的动态平衡，诸如图5A和5B的实施例所示。螺旋桨叶片144双螺旋桨轮毂145径向延伸出，并被驱动以绕轴30旋转。当螺旋桨旋转时，由叶片144与周围流体之间的摩擦产生牵引力FD。螺旋桨叶片144的形状导致径向力FL与轴向推力FT的产生。由牵引力FD和径向不平衡力FL产生的旋转不平衡力可由自动平衡器140补偿，该自动平衡器包括一或多个绕由平衡器140的壳体限定的环形轨道自由移动的补偿质量。虽然仅表示一个自动平衡器，但应意识到可选的实施例能包括附加的自动平衡器和/或固定的配重，它们被置于不同的平面并提供一种要求的力的组合以抵消任何在装置工作过程中产生的不平衡力。
在图6A和6B所示的实施例中，一种混合器使用类似的平衡机构和原理，以一个自动平衡器240安装到主轴230上。当轴230在支撑轴承232中旋转时，由混合臂244与要混合的物质之间的摩擦产生不平衡力FU。这些不平衡力可以由在自动平衡器240的壳体中的补偿质量240b的运动来补偿。在使用图5A和5B所示的实施例时，虽然仅表示一个自动平衡器，但可以意识到可选的实施例能包括附加的自动平衡器和/或固定的配重，它们被置于不同的平面中并提供要求的力的组合以抵消在装置工作过程中产生的任何不平衡力和力矩。
尽管已经描述了本发明的特定实施例，但是这些实施例应该被认为仅作为说明本发明并且不作为限制其根据以下权利要求限定的范围。
权利要求
1.一种具有一可旋转构件和自动平衡的装置，包括一壳体；一可旋转地安装在所述壳体中的轴，所述轴在最接近所述轴的一端支撑该构件；至少一个配重固定地安装在所述轴上；及至少一安装在所述轴上的自动调节平衡器，所述平衡器包括一或多个包含的补偿质量以便在相对于所述轴的一路径来回移动以补偿作用在所述构件上的可变化的不平衡力。
2.根据权利要求1的装置，其特征在于所述至少一个配重中的一个固定地安装在所述轴上，以及所述至少一个自动调节平衡器中的一个被安装在轴上的一个轴向与所述一个配重隔开的位置处。
3.根据权利要求1的装置，其特征在于所述至少一个配重中的两个固定地安装在所述轴上的轴向隔开的位置处，所述至少一个自动调节平衡器中的一个被安装在轴上的一个与所述二个配重轴向隔开的位置处。
4.根据权利要求1的装置，其特征在于所述至少一个配重的一个被固定地安装在所述轴上，以及所述至少一个自动调节平衡器的两个被安装在轴上的与所述一个配重轴向隔开的位置处。
5.根据权利要求1的装置，其特征在于所述至少一个配重的两个被固定地安装在所述轴上的轴向隔开的位置处，以及所述至少一个自动调节平衡器的两个被安装在轴上的轴向与所述两个配重隔开的位置处。
6.根据权利要求1的装置，其特征在于所述至少一个自动调节平衡器被安装在比较靠近一个平面的轴上，在该平面由所述可变化的不平衡力作用在所述构件上而不是所述至少一个配重上。
7.一种装置包括一可旋转安装的在工作过程承受不平衡摩擦力的构件，包括一壳体；一个可旋转地安装在所述壳体中的轴，所述轴在最贴近所述轴的一端支撑该构件；以及安装在所述轴上彼此不同的平面以及不同于在其中不平衡摩擦力在装置工作过程中作用在构件上的平面中的两个或多个自动调节平衡器，所述自动平衡器的每一个包括一或多个包含的补偿质量以便相对于所述轴的路径来回移动以补偿作用在所述构件上的不平衡摩擦力。
8.根据权利要求7的装置，其特征在于所述的装置是一个轨道磨光器。
9.根据权利要求7的装置，其特征在于还包括至少一个固定地安装在轴上的配重。
10.根据权利要求7的装置，其特征在于可旋转地安装的构件绕与轴的中心轴线同心的轴线旋转。
11.根据权利要求10的装置，其特征在于在使用过程中作用在构件上的不平衡摩擦力的方向在轴的切向。
12.一种消除作用在装置上的可变化的不平衡摩擦力的方法，其中该装置包括一安装在轴上的构件并且在该装置工作过程中旋转以在中间体上完成工作，该方法包括将第一自动调节平衡器安装到轴的一平面中，该平面不同于在其中在装置工作的过程中可变的不平衡摩擦力所作用的一个平面，所述自动调节平衡器包括一或几个包含的补偿质量以便相对于所述轴的路径来回移动以补偿作用在所述构件上的可变的不平衡摩擦力。
13.根据权利要求12的方法，其特征在于还包括将配重固定地安装到所述轴的一个平面中，该平面不同于在其中安装所述自动调节平衡器的平面。
14.根据权利要求13的方法，其特征在于所述自动调节平衡器安装在一平面中，该平面较靠近在其中可变的不平衡摩擦力作用的平面而不是在其中固定地安装配重的平面。
15.根据权利要求12的方法，其特征在于该构件是绕与轴的中心轴线同心的轴线旋转，这样当所述构件旋转以在中间体上完成工作时引起的可变化的不平衡摩擦力对所述轴是切向的。
16.根据权利要求15的方法，其特征在于还包括将第二自动调节平衡器安装到所述轴的一个平面中，该平面不同于在其中安装所述第一自动调节平衡器的平面。
17.根据权利要求16的方法，其特征在于所述第二自动调节平衡器包括一或几个包含的补偿质量以便相对于轴的路径来回移动，同时所述第二自动调节平衡器的所述一或几个补偿质量比所述第一自动调节平衡器的所述一或几个补偿质量要小。
18.根据权利要求12的方法，其特征在于所述装置是一轨道磨光器同时所述构件是一被旋转以磨光工件的磨光垫。
19.根据权利要求12的方法，其特征在于所述装置是一螺旋桨，同时所述构件是一被旋转以移动流体的螺旋桨叶片。
20.根据权利要求12的方法，其特征在于所述装置是一混合器，同时所述构件是一被旋转以处理食物产品的混合臂。
全文摘要
用于在旋转体中动态平衡不平衡状态的平衡方法与装置，该不平衡状态是由切向作用到该旋转体的阻力所引起。一种具有可旋转的构件和自动的或动态平衡的装置包括一壳体、可旋转地安装在该壳体中的轴，该轴在紧贴轴的一端支撑该构件，至少一个配重固定地安装在该轴上同时至少一个自动地调节的平衡器安装在该轴上。该自动地调节的平衡器包括一或几个保持在相对于轴的路径来回移动的补偿质量以补偿作用在该构件上的可变化的不平衡力。
文档编号B24B23/02GK1666036SQ03815530
公开日2005年9月7日 申请日期2003年5月13日 优先权日2002年5月14日
发明者H·林德尔, J·荣松, P·维尔茨巴, V·文特 申请人:Skf自动平衡系统股份公司