Пристрій балансування вала радіальної шпиндельної опори на постійних магнітах

Реферат: Пристрій балансування вала радіальної шпиндельної опори на постійних магнітах включає датчики величин зазорів, вимірювачі величин зазорів, обчислювач, складений вал шпиндельної опори, який складається з трьох співвісно встановлених валів, на кінцях середнього вала в екранах встановлені постійні магніти вала у вигляді порожнистих циліндрів з полюсами на внутрішній і зовнішній бокових поверхнях. В корпусі шпиндельної опори на постійних магнітах над постійними магнітами вала установлено по n силових магнітних відштовхувачів, які об'єднані в чотири групи паралельно з'єднаних силових магнітних відштовхувачів по n/4 відштовхувачі в кожній групі. Групи силових магнітних відштовхувачів установлені по осях і Б Б Г Г Г симетрично осям систем координат Х О Y і X O Y , початки яких лежать на осі симетрії внутрішньої поверхні корпуса шпиндельної опори на постійних магнітах, кожен силовий магнітний відштовхувач включає установлений в екран постійний магніт, установлений в ізоляторі п'єзоелектричний двигун і регулювальний гвинт, над крайніми валами складеного вала шпиндельної опори на постійних магнітах в керамічних втулках по осях систем координат A A A B B B X O Y і X O Y , початки яких також лежать на осі симетрії внутрішньої поверхні корпуса шпиндельної опори на постійних магнітах, установлені датчики величин зазорів між основами цих датчиків і поверхнями крайніх валів складеного вала шпиндельної опори на постійних A A A B B B B B B Г Г Г магнітах. Осі систем координат X O Y і X O Y , X O Y , X O Y паралельні між собою. В склад пристрою входять вимірювачі величин зазорів, обчислювач, операційні підсилювачі, перемикачі "пряме - вимк. - зворотне", диференційні підсилювачі, вимикачі "увімк. - вимк.". Датчики величин зазорів електрично зв'язані з групами паралельно з'єднаних силових магнітних підштовхувачів. Датчики величин зазорів з'єднані з входами вимірювачів величин зазорів, а їх виходи з'єднані з входами обчислювача. Вихід вимірювача кута повороту вала з'єднаний з входом обчислювача, виходи обчислювача з'єднані з входами пар операційних підсилювачів, а їх виходи через перемикачі "пряме - вимк. - зворотне" з'єднані з входами першого, другого, третього і четвертого диференційних підсилювачів. Вихід першого диференційного підсилювача через перемикач "увімк. - вимк." з'єднаний з групами силових магнітних відштовхувачів, установлених B Б Б Б по осі Y системи координат Х О У , вихід другого диференційного підсилювача через перемикач "увімк. - вимк." з'єднаний з групами силових магнітних відштовхувачів, установлених Б Б Б Б по осі Х системи координат X O Y . Вихід третього диференційного підсилювача через UA 72700 U (12) UA 72700 U перемикач " увімк. - вимк." з'єднаний з групами силових магнітних відштовхувачів, установлених Г Г Г Г по осі Y системи координат X O Y . Вихід четвертого диференційного підсилювача через перемикач " увімк. - вимк." з'єднаний з групами силових магнітних відштовхувачів, установлених Г Г Г Г по осі Х системи координат X O Y . UA 72700 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до машинобудування і може використовуватись для балансування роторів і валів машин, які обертаються в магнітному полі силових магнітних підвісів. Відомий верстат для балансування роторів асинхронних двигунів, розроблений Пензенським політехнічним інститутом [см. Современные методы и средства балансировки машин и приборов, под общей редакцией профессора Щепетилыникова, М.: Машиностроение, 1985, C. 47-49]. Цей верстат для балансування роторів асинхронних двигунів вибраний як прототип. Конструктивно верстат оформлений у вигляді зварного корпуса, всередині якого розміщені блоки живлення і автоматики. На верхній основі розташований асинхронний двигун. На вихідні вали електродвигуна насаджені важелі, які пружно зв'язані з корпусом пружинними розтяжками. На важелях установлені поворотні рамки з пружними опорами. На рамках розташовані індукційні датчики з пермалоєвими якірцями, які коливаються в зазорах магнітних систем. Ротори, що балансуються, своїми шийками базуються на пружних опорах поворотних рамок. Над торцевими поверхнями роторів розташовані дозатори сплаву, який урівноважує ротор. На верстаті автоматизовані процеси корекції дисбалансу і поворот ротора "легким" місцем на дозатор. Недоліком прототипу є наступне. Балансування роторів полягає у тому, щоб перемістити центр вали ротора, що балансується, на геометричну вісь його обертання на верстаті. Після виконання балансування збалансований ротор установлюють в статор асинхронного двигуна. Із-за погрішності виготовлення статора, зазорів в підшипниках геометрична вісь обертання ротора зміщується відносно його осі обертання в верстаті. Отже, центр ваги ротора буде зміщений відносно осі обертання, а сам ротор частково розбалансований. Задача, що вирішується, полягає у розробці такого пристрою балансування вала шпиндельної опори на постійних магнітах, який забезпечує високоточне його балансування безпосередньо в корпусі шпиндельної опори на постійних магнітах в пружному середовищі магнітних силових підвісів, що забезпечує незмінне положення геометричної осі обертання вала, відносно якої виконується балансування і виключає вібрацію корпусу опори. Це досягається тим, що пристрій балансування вала шпиндельної опори на постійних магнітах, який включає датчики величин зазорів, вимірювачі величин зазорів, обчислювач, згідно з корисною моделлю, включає складений вал шпиндельної опори, який складається з трьох співвісно встановлених валів, на кінцях середнього вала в екранах встановлені постійні магніти вала у вигляді порожнистих циліндрів з полюсами на внутрішній і зовнішній бокових поверхнях, в корпусі шпиндельної опори на постійних магнітах над постійними магнітами вала установлено по n силових магнітних відштовхувачів, які об'єднані в чотири групи паралельно з'єднаних силових магнітних відштовхувачів по n/4 відштовхувачі в кожній групі, причому, групи силових магнітних відштовхувачів установлюють по осях і симетрично осям систем координат Б Б Б Г Г Г Х О У і X O Y , початки яких лежать на осі симетрії внутрішньої поверхні корпуса шпиндельної опори на постійних магнітах, кожен силовий магнітний відштовхувач включає установлений в екран постійний магніт, установлений в ізоляторі п'єзоелектричний двигун і регулювальний гвинт, над крайніми валами складеного вала шпиндельної опори на постійних магнітах в A A A B B B керамічних втулках по осях систем координат X O Y і X O Y , початки яких також лежать на осі симетрії внутрішньої поверхні корпуса шпиндельної опори на постійних магнітах, установлені датчики величин зазорів між основами цих датчиків і поверхнями крайніх валів складеного вала шпиндельної опори на постійних магнітах, причому, осі систем координат A A A B B B B B B Г Г Г X O Y і X O Y , X O Y , X O Y паралельні між собою, в склад пристрою також входять вимірювачі величин зазорів, обчислювач, операційні підсилювачі, перемикачі "пряме - вимк. зворотне", диференційні підсилювачі, вимикачі " увімк. - вимк.", причому, датчики величин зазорів електрично зв'язані з групами паралельно з'єднаних силових магнітних відштовхувачів, причому, датчики величин зазорів з'єднані з входами вимірювачів величин зазорів, а їх виходи з'єднані з входами обчислювача, вихід вимірювача кута повороту вала з'єднаний з входом обчислювача, виходи обчислювача з'єднані з входами пар операційних підсилювачів, а їх виходи через перемикачі "пряме - вимк. - зворотне" з'єднані з входами першого, другого, третього і четвертого диференційних підсилювачів, вихід першого диференційного підсилювача через перемикач "увімк. - вимк." з'єднаний з групами силових магнітних відштовхувачів, Б Б Б Б установлених по осі Y системи координат X O Y , вихід другого диференційного підсилювача через перемикач "увімк. - вимк." з'єднаний з групами силових магнітних відштовхувачів, Б Б Б Б установлених по осі Х системи координат X O Y , вихід третього диференційного підсилювача через перемикач "увімк. - вимк." з'єднаний з групами силових магнітних відштовхувачів, Г Г Г Г установлених по осі Y системи координат X O Y , вихід четвертого диференційного 1 UA 72700 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 підсилювача через перемикач "увімк. - вимк." з'єднаний з групами силових магнітних Г Г Г Г відштовхувачів, установлених по осі X системи координат X O Y . Причинно-наслідковий зв'язок технічного рішення, що заявляється, з досягуваним технічним результатом полягає у наступному. На Фіг. 1 показана радіальна шпиндельна опора на постійних магнітах. В корпусі 1 опори установлений складений вал, який складається з трьох співвісно установлених валів 2, 3, 4 одного діаметра. По краях вала 3 в перерізах по Б-Б і Г-Г опори установлені магніти 5 вала. В Б Б Б Г Г Г цих же перерізах опори над магнітами 5 вала по осях систем координат Х О Y і X O Y установлені силові магнітні відштовхувачі 6, кожен з яких включає магніт 7 відштовхувача, який для установлення величини зазору між магнітами силових магнітних відштовхувачів і магнітами 5 вала переміщуються п'єзоелектричними двигунами 8. В цих же перерізах по Б-Б і Г-Г по осях Б Б Б Г Г Г систем координат Х О У і X O Y опори рівномірно по окружності установлено по дванадцять силових магнітних відштовхувачів, які в кожному перерізі об'єднані в чотири групи в чотири групи силових магнітних відштовхувачів. Кожна група відштовхувачів розташована симетрично Б Б Б Г Г Г осей систем координат Х О У і X O Y (Фіг. 2), початки яких лежать на осі симетрії внутрішньої поверхні корпуса опори. Групи силових магнітних відштовхувачів і магніт 5 вала в перерізі по ББ утворюють силовий магнітний підвіс 17. Групи силових магнітних відштовхувачів і магніт 5 вала в перерізі по Г-Г утворюють силовий магнітний підвіс 18. Таким чином вал шпиндельної опори на постійних магнітах знаходиться у зваженому стані в пружному середовищі магнітного поля магнітних силових підвісів. В пружному середовищі повністю збалансований вал не викликає вібрацій корпусу опори. В перерізах опори по А-А і В-В над валами 2 і 4 в керамічних втулках 22 установлені датчики 21 величини зазору (Фіг. 3). Для визначення закону руху вала радіальної опори установлену на ньому планшайбу 34 маси М1 (Фіг. 4) замінимо плоским диском 35 (Фіг. 5) маси М3 = М1 і установимо його в площині, яка перпендикулярна осі симетрії вала опори і яка проходить через центр ваги С(хС, уС) планшайби. Складений вал опори маси М2 (Фіг. 4) замінимо плоским диском 36 (Фіг. 5) маси М4 = М2 і також установимо його в площині, яка перпендикулярна осі симетрії вала опори і проходить через центр ваги С1(хС1 , уС1) вала опори (Фіг. 5). Нехай жорсткість радіальної опори на постійних магнітах дорівнює с (Н/мкм). Вісь симетрії вала опори приймемо як геометричну вісь обертання дисків 35 і 36. Тоді АС = е ексцентриситет диска 35, А1С1 - ексцентриситет диска 36. В початковий момент часу надамо дискам кутову швидкість . При обертанні дисків під дією динамічного навантаження диски зміщуються в магнітному полі силових магнітних підвісів. Будемо вважати, що диски зміщуються без перекосу. Тоді рух цих дисків буде здійснюватись в горизонтальній площині. Запишемо диференційні рівняння руху дисків. Систему координат OXYZ зв'яжемо з диском 35 наступним чином. Вісь Z сумістимо з геометричною віссю обертання диска. Початок координат (точка О) розмістимо в точку перетину осі симетрії вала з площиною диска 35, осі X і Y розміщені в площині диска. Точка А - точка, в яку зміщується точка О під дією динамічного навантаження при наданні диску 35 кутової швидкості . Позначимо:  - кут між віссю X і напрямком ОА,  - кут між віссю X і прямою, яка проходить через точку А на зміщеній осі симетрії вала під дією динамічного навантаження і центр ваги диска 35 (Фіг. 6). На диск 35 діють дві зовнішні сили: P  M3 g - сила ваги диска і сила А - яка дорівнює різниці сил відштовхування в напрямку ОА між магнітами вала і силовими магнітними відштовхувачами, і яка виникає в результаті зміни величин зазорів під силовими магнітними відштовхувачами під дією динамічного навантаження причому, F  cr (Фіг. 6). Диференційні рівняння руху диска 35 [Павловский М.А. Теоретическая механика. - К.: Вища школа, 1985]  M3  c  F cos , M3  c  F sin , IC   F KC , x y (1) причому: F  Cr, r cos   x, r sin   y, KC  AC sin   e sin(  ), 55 де   CAK (Фіг. 6). 2 (2) UA 72700 U Скориставшись формулами (2), запишемо систему рівнянь (1) у вигляді:  M3c  cx, Mc  cy, IC  cre sin(  ), x y (3) Як витікає з Фіг. 6, має місце наступна залежність між координатами точок С і А: 5 xC  x  e cos , yC  y  e sin . Отже,  c    e  sin   e  2 cos ,  c    e  cos   e  2 sin .    x x x y y Підставивши значення  і  в рівняння (3), знаходимо x y     M3   M3 e  sin M3 e 2 cos   cx, M3   M3 e  cos   M3 e 2 sin   cy, x y   cer sin(   ). IC Звідки 10 x 15 c c     x  e sin   e2 cos ,   y y  e cos   e2 sin , M3 M3 ceq   r sin(   ). IC (4) Система рівнянь (4) вирішується приблизно. В правій частині третього рівняння стоїть добуток e sin(-). Вважаємо, що цей добуток малий. Тепер третє рівняння системи (4) приймає вигляд  = 0. Приймаючи до уваги початкові умови руху; при t = 0,  = 0,  = , знаходимо  =    і  = t, (5) тобто обертання диска 35 здійснюється рівномірно. Використовуючи формулу (5), запишемо два перших рівняння системи (4) у вигляді 20  +k x=h cos t,  +k y=h sin t, y x 2 2 2 (6) 2 де: с/М3 = k ; е =h. Результат рішення системи (6): x e 2 e 2 cos t, y  sin t, k 2  2 k 2  2 (7) 25 тобто точка A здійснює гармонічні коливання з круговою частотою  і амплітудою Після піднесення кожної з формул (7) до квадрата і підсумовування знаходимо x2  y2  e 24 . (k 2  2 )2 2 2 2 Так як величина зміщення осі обертання вала r = х +у , знаходимо 30 r e 2 . k 2  2 (8) Обчислимо зміщення центра ваги С диска 35 від точки О. ОС= r + e. Тоді OC  ek 2 . k 2  2 (9) 3 e 2 . k 2  2 UA 72700 U 5 При малій кутовій швидкості обертання диска 35, тобто при  р k, на основі формул (8) і (9) отримуємо ОС f r f 0 (Фіг. 6). При великій кутовій швидкості обертання диска 35, тобто при  f k, r f OC f 0, що відповідає Фіг. 7. У міру збільшення кутової швидкості  диска відстань ОС (див. 9) по модулю зменшується, тобто диск 35 в пружному (магнітному полі силових магнітних підвісів) самостійно центрується (при  →  ОС → 0), і його центр ваги необмежено наближається до геометричної осі обертання. Перепишемо формулу (11) у вигляді OC e 10 15  k2 . Якщо кутова швидкість диска 35 значно k 2  2 більше його кругової частоти власних коливань, то OC / e - мала величина. В випадку  = k має місце явище резонансу і відстань ОС необмежено зростає. В дійсності ОС обмежено силами опору руху. Резонансна кутова швидкість обертання диска 35, при якій його зміщення в магнітному полі досягає максимального значення, є критичною кутовою швидкістю обертання, а відповідне число обертів диска за хвилину - критичним числом обертів. Так як при резонансі кр = к, а k  c / M3 , то кр  c / M3 . Отже nкр.35  20 30 30 кр.35  c / M3 .   (10) Всі наведені розрахункові співвідношення визначають також закон руху диска 36. Формули (8), (9), (10) приймають вигляд: e 2 e1k 2 30 30 r1  1 ; OC1  ; nкр.36  кр.36  c / M4 . 2  2 2  2   k k 1 25 30 35 40 45 50 (11) Якщо в процесі балансування центри ваги дисків переміщуються на геометричну вісь обертання, то навіть на кутових швидкостях обертання вала об, близьких до критичних, величина зміщення геометричної осі обертання r → 0, а вібрації корпуса шпиндельної опори на постійних магнітах не виникають. Балансування вала опори виконується шляхом вимірювання і усунення зміщення геометричної осі обертання вала в двох перерізах опори. Модель пояснюється кресленнями. Фіг. 1 - радіальна шпиндельна опора на постійних магнітах (осьовий переріз). Фіг. 2 - силові магнітні підвіси в перерізах по Б-Б і Г-Г опори. Фіг. 3 - датчики величин зазорів в перерізах по А-А і В-В опори. Фіг. 4 - вал опори з планшайбою в силових магнітних підвісах. Фіг. 5 - зміщення геометричної осі обертання в плоскостях дисків. Фіг. 6 - положення незміщеної геометричної осі обертання вала, зміщене положення геометричної осі обертання вала і центру мас розбалансованого вала. Фіг. 7 - ілюстрація процесу самоцентрування диска. Фіг. 8 - функціональна схема пристрою балансування вала радіальної шпиндельної опори на постійних магнітах. Фіг. 9 - величина і напрямок зміщення геометричної осі обертання вала опори в площинах установки датчиків величин зазорів. Пристрій балансування вала радіальної шпиндельної опори на постійних магнітах включає (Фіг.1) корпус 1 опори, установлений складений вал 2, 3, 4, що складається з співвісно з'єднаних вала 2, вала 3, вала 4 одного діаметра. По краях вала 3 в перерізах опори по Б-Б і Г-Г установлені магніти 5 вала, які виготовлені в формі порожнистих циліндрів з полюсами на внутрішній і зовнішній бокових поверхнях. В цих же перерізах над магнітами 5 вала установлені силові магнітні відштовхувачі 6, кожен з яких включає магніт 7 силового магнітного відштовхувача і п'єзоелектричний двигун 8, який служить для переміщення магніта 7 силового магнітного відштовхувача для зміни величини зазору між магнітом 5 вала і магнітом 7, а, отже, для регулювання сили відштовхування. В корпусі 1 опори в перерізах по Б-Б і Г-Г установлені по дванадцять силових магнітних відштовхувачів 6, які в кожному перерізі об'єднані в чотири групи 9, 10, 11, 12 і 13, 14, 15, 16 (по три в кожній групі) паралельно з'єднаних силових магнітних відштовхувачів 6 (Фіг. 2). В 4 UA 72700 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 загальному випадку в цих перерізах може бути установлено n силових магнітних відштовхувачів, де n кратне чотирьом. Групи 9, 10, 11, 12 силових магнітних відштовхувачів і магніт 5 вала в перерізі по Б-Б опори утворюють силовий магнітний підвіс 17, групи 13, 14, 15, 16 і магніт 5 вала в перерізі по Г-Г утворюють силовий магнітний підвіс 18 (Фіг. 1, 2). Групи 9, 10, 11, 12 і 13, 14, 15, 16 силових магнітних відштовхувачів установлюють Б Б Б Г Г Г симетрично осям систем координат Х О У і X O Y . Таким чином вал опори знаходиться у завислому стані в пружному середовищі магнітного поля магнітних силових підвісів. Для концентрації магнітного поля в зазорах між магнітами 5 і 7 магніти 5 вала і магніти 7 силових магнітних відштовхувачів установлені в екрани 18. П'єзоелектричні двигуни 8 установлені в ізолятори 19. 20 - регулювальний гвинт для установлення початкового положення магнітів 7 силових магнітних відштовхувачів. A A A B B B В перерізах по А-А і В-В опори по осях систем координат X O Y і X O Y , початки яких лежать на осі симетрії внутрішньої поверхні корпусу 1 опори установлені датчики 21 величин зазорів між основами датчиків і валами 2 і 4 вала 2, 3, 4 опори. Датчики 21 установлені в керамічних втулках 22 (Фіг. 1, 3). Вимірювачі 23 величин зазорів (Фіг. 8) забезпечують вимірювання величин зазорів з -3 -2 погрішністю, яка не перевищує 10 10 величини зазору, що вимірюється [Гриневич Б.Ф. Компенсационно-мостовые измерительные устройства с емкостными датчиками. - К.: Наукова Думка, 1987] Напруги з вимірювачів 23 величин зазорів, які відповідають величинам зазорів, що вимірюються, надходять в обчислювач 24. Обчислювач 24 забезпечує: вибір незміщеного положення осі обертання вала 2, 3, 4; розрахунок величини зміщення геометричної осі обертання вала опори під дією динамічного навантаження. Як обчислювач може використовуватись комп'ютер, оснащений пристроєм уводу-виводу інформації для зв'язку з зовнішніми функціональними елементами. 25 - вимірювач кута повороту вала опори, за який може використовуватись обертальний трансформатор. Сигнали управління для установки геометричної осі обертання вала в незміщене положення з обчислювача 24 находять на пари операційних підсилювачів 26 і 27 (на прямий вхід операційного підсилювача 26 і інвертуючий вхід операційного підсилювача 27). Перемикачі 28 "пряме - вимк. - зворотне" служать для забезпечення зміни напрямку Б Б Б Г Г Г переміщення вала 2, 3, 4 опори по відповідній осі систем координат Х О У і X O Y . 29, 30, 31, 32 - диференційні підсилювачі сигналів управління, які надходять з пар 26 і 27 операційних підсилювачів сигналів управління. Вимикачі 33 "увімк. - вимк." служать для відключення диференційних підсилювачів 29, 30, 31, 32 від груп 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 силових магнітних відштовхувачів при настроюванні пристрою. На кресленнях також позначені: 34 - планшайба, 35 і 36 диски, маси яких дорівнюють масі вала і масі планшайби, відповідно. Причому, датчики 21 величин зазорів з'єднані з входами вимірювачів 23 величин зазорів, а їх виходи з'єднані з входами обчислювача 24, вихід вимірювача 25 кута повороту вала з'єднаний з входом обчислювача 24, виходи обчислювача 24 з'єднані з входами пар операційних підсилювачів 26 і 27, а їх виходи через перемикачі 28 "пряме - вимк. - зворотне" з'єднані з входами першого, другого, третього і четвертого диференційних підсилювачів 29, 30, 31, 32, вихід першого . диференційного підсилювача 29 через перемикач 33 "увімк. - вимк." Б з'єднаний з групами 10 і 12 силових магнітних відштовхувачів, установлених по осі Y системи Б Б Б координат Х О Y , вихід другого диференційного підсилювача 30 через перемикач 33 "увімк. Б вимк." з'єднаний з групами 9 і 11 силових магнітних відштовхувачів, установлених по осі X Б Б Б системи координат Х О Y , вихід третього диференційного підсилювача 31 через перемикач 33 "увімк. - вимк." з'єднаний з групами 14 і 16 силових магнітних відштовхувачів, установлених по Г Г Г Г осі Y системи координат Х О Y , вихід четвертого диференційного підсилювача 32 через перемикач 33 "увімк. - вимк." з'єднаний з групами 13 і 15 силових магнітних відштовхувачів, Г Г Г Г установлених по осі Х системи координат X O Y . Працює пристрій балансування вала 2, 3, 4 шпиндельної опори на постійних магнітах наступним чином. Перший етап - підготовка пристрою до роботи. Перемикачі "пряме - вимк. зворотне" установлюються в положення "вимк". Вимикачі 33 "увімк. - вимк." установлюються в положення "увімк.". Виконується пуск підпрограми обчислювача 24 "Установка величин зазорів". 5 UA 72700 U 5 10 15 У відповідності з алгоритмом роботи підпрограми величини зазорів під датчиками 21 С1С4 і С5С8 відображуються на екрані дисплея. Подачею сигналів управління Uупр.1, Uупр.2, Uупр.3, Uупр.4 на пари операційних підсилювачів і установлюючи перемикачі "пряме - вимк. - зворотне" в залежності потрібного напрямку зміщення вала під датчиками 21 величин зазорів С1 i С3, С2 i С4, A A A B B B С5 i С7, С6 i С8, установлених по одній осі систем координат X O Y і X O Y установлюють рівні величини зазорів: Z1=Z3, Z2=Z4, Z5=Z7, Z6=Z8. Розраховується жорсткість шпиндельної опори на постійних магнітах. Нехай після установки рівних величин зазорів під датчиками величин зазорів величини зазорів під магнітами 7 відштовхувачів 6 груп силових магнітних відштовхувачів 916, установлених по осях систем Б Б Б Г Г Г координат Х О У і X O Y складають, наприклад, 100 мкм. В обчислювач 24 уводять магнітну індукцію Вr від. магнітів 7 силових магнітних відштовхувачів, магнітну індукцію магнітів 5 вала Вr вала, площу полюсів SM магнітів відштовхувачів 7 і магнітів 5 вала, магнітну постійну 0, довжини lм, величини зазорів lз при яких будуть розраховуватись сили відштовхування. Вал опори A B A A A B B В навантажують в напрямку півосей -Y і -Y1 систем координат X O Y і X O Y і під датчиками 21 С3 і С7 установлюють, наприклад, величини зазорів 90 мкм, а під датчиками 21 С3 і С7 величини зазорів 110 мкм. Розраховуються сили відштовхування між силовим магнітним 7 підштовхувачем 6 і магнітом 5 вала для зазорів 90 мкм і 110 мкм по формулі R 20 B2 S r від. м  0 [1  2l3 / 0lм.від. ]2   0 [1  2l3 / 0lм.вала ]2 , (12) де  0 - магнітна жорсткість. Розраховують сили відштовхування між групами 10 і 12, 14 і 16 силових магнітних відштовхувачів і магнітами вала по формулі Rвід.групи  R  2R sin  / 3. 25 2 Br.вала Sм (13) Розраховують різниці сил відштовхування між групами 10 і 12, 14 і 16 силових магнітних відштовхувачів в напрямку півосей +Y і +Y1 Y Y VR1  R  Y  R  Y , VR 2  R 1  R 1 . 90 110 90 110 (14) Обчислюється жорсткість радіальної шпиндельної опори на постійних магнітах 30 c  ( VR1  VR2 ) / 10. 35 (15) Виконується пуск підпрограми обчислювача 24 "Розрахунок критичних швидкостей обертання". У відповідності з алгоритмом роботи підпрограми розраховуються критичні кутові швидкості планшайби кр. пл. і вала кр.вала у відповідності з (10) і (11). Вал шпиндельної опори установлюється на кут повороту  = 0. Виконується пуск підпрограми обчислювача "Вимірювання і оцінювання величин зазорів 1". У відповідності з алгоритмом роботи підпрограми обчислювач 24 N раз опитує вимірювачі 23 величин зазорів по сигналах датчиків 21 С1, С2 і С5, С6. Обчислюються асимптотично незміщені оцінки  0  0  0  0 величин цих зазорів. Складеному валу 2, 3, 4 опори задається кутова Z1 , Z 2 , Z5 , Z 6 40 45 швидкість обертання 1, яка задовольняє умови: 1 р кр.пл.; 1 р кр.вала. Виконується пуск підпрограми обчислювача "Вимірювання і оцінювання величин зазорів 2". У відповідності з алгоритмом роботи підпрограми обчислювач на N обертах вала на куті повороту  = 0 опитує вимірювачі 23 величин зазорів. По сигналах датчиків 21 С1, С2 і С5, С6 обчислюються асимптотично незміщені оцінки  0  0  0  0 , величин цих зазорів: Z1 , Z 2 , Z5 , Z 6 6 UA 72700 U  0 1 N  0 1 N  0 1 N  0 1 N 0 0 0  0 Z11  Z (n), Z21  Z (n), Z51  Z (n), Z61   1  2  5  Z 6 (n). N N N N 1 1 1 1 n 1 n 1 n 1 n 1 5 (16) Виконується пуск підпрограми обчислювача 24 "Розрахунок величини зміщення геометричної осі обертання вала опори і кута нахилу векторів динамічного навантаження до A B A A A B B B осей X і X систем координат X O Y і X O Y ". У відповідності з алгоритмом роботи підпрограми на куті  = 0 повороту вала обчислюються величини відхилень VX A , VY A , VXB , VYB величин зазорів під датчиками 21 С1, С2 і С5,С6 на кутовій швидкості 1 1 1 1 10 обертання 1 відносно величин зазорів під цими датчиками при незміщеному положенні геометричної осі обертання вала на тому ж куті  = 0 повороту вала. Розраховуються величини зміщення r і r1 геометричної осі обертання вала в площинах установки датчиків 21 величин A B A A A зазорів і кут нахилу динамічного навантаження до осей X і Х систем координат X O Y і B B B X O Y (Фіг. 9):  0  0  0  0  0  0  0  0 A ( )  Z A ( )  Z B ( )  Z B ( )  Z VX 2  Z21 ; VY 1  Z11 ; VX 7  Z71 ; VY 6  Z61 : (17) 1 1 1 1 r  ( VX A (1)) 2  ( VY A (1)) 2 : r1  ( VXB (1)) 2  ( VYB (1)) 2   arc sin 15 VY A ; VX A 1  arc sin VYB . VXB Методом послідовних наближень виконується балансування вала опори, наприклад, свердлінням. Послідовно виконується пуск підпрограми "Балансування". У відповідності з алгоритмом роботи підпрограми на кожному кроці балансування на кутовій швидкості 1 обчислювач 24 N paз опитує вимірювачі 23 величин зазорів. Обчислюються оцінки  0  0  0  0 Z11 , Z21 , Z51 , Z61 . Обчислюється різниці по нормі між оцінками величин зазорів, які 20 відповідають незміщеному положенню геометричної осі обертання вала і оцінками цих величин зазорів чергового кроку балансування на 1 кутовій швидкості 1 :  0  0  0  0  0  0 .  ( Z1  Z11 )2 ; .  ( Z5  Z51 )2  ( Z6  Z61 )2 . 25 30 (18) Добиваються мінімуму норм (18). В результаті на кутовій швидкості 1 геометрична вісь обертання вала займе близьке до незміщеного положення або незміщене положення при рівності норм (18). Якщо норми 18 не рівні нулю на швидкості обертання 1 вала, підвищують швидкість обертання вала з кроком V . На черговому дискретному значенні кутової швидкості виконується пуск підпрограми "Балансування". Досягають рівності нулю норм (18). Вал шпиндельної опори буде збалансований з високою точністю, центри інерції планшайби 34 і складеного вала 2, 3, будуть лежать на геометричній осі обертання вала опори. Обертання вала опори без зміщення буде здійснюватись навколо геометричної осі обертання. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 Пристрій балансування вала радіальної шпиндельної опори на постійних магнітах, який включає датчики величин зазорів, вимірювачі величин зазорів, обчислювач, який відрізняється тим, що включає складений вал шпиндельної опори, який складається з трьох співвісно встановлених валів, на кінцях середнього вала в екранах встановлені постійні магніти вала у вигляді порожнистих циліндрів з полюсами на внутрішній і зовнішній бокових поверхнях, в корпусі шпиндельної опори на постійних магнітах над постійними магнітами вала установлено по n силових магнітних відштовхувачів, які об'єднані в чотири групи паралельно з'єднаних силових магнітних відштовхувачів по n/4 відштовхувачі в кожній групі, причому, групи силових Б Б магнітних відштовхувачів установлені по осях і симетрично осям систем координат Х О Y і Г Г Г X O Y , початки яких лежать на осі симетрії внутрішньої поверхні корпуса шпиндельної опори на постійних магнітах, кожен силовий магнітний відштовхувач включає установлений в екран 7 UA 72700 U 5 10 15 20 постійний магніт, установлений в ізоляторі п'єзоелектричний двигун і регулювальний гвинт, над крайніми валами складеного вала шпиндельної опори на постійних магнітах в керамічних A A A B B B втулках по осях систем координат X O Y і X O Y , початки яких також лежать на осі симетрії внутрішньої поверхні корпуса шпиндельної опори на постійних магнітах, установлені датчики величин зазорів між основами цих датчиків і поверхнями крайніх валів складеного вала A A A B B B шпиндельної опори на постійних магнітах, причому, осі систем координат X O Y і X O Y , B B B Г Г Г X O Y , X O Y паралельні між собою, в склад пристрою також входять вимірювачі величин зазорів, обчислювач, операційні підсилювачі, перемикачі "пряме - вимк. - зворотне", диференційні підсилювачі, вимикачі " увімк. - вимк.", причому, датчики величин зазорів електрично зв'язані з групами паралельно з'єднаних силових магнітних відштовхувачів, причому, датчики величин зазорів з'єднані з входами вимірювачів величин зазорів, а їх виходи з'єднані з входами обчислювача, вихід вимірювача кута повороту вала з'єднаний з входом обчислювача, виходи обчислювача з'єднані з входами пар операційних підсилювачів, а їх виходи через перемикачі "пряме - вимк. - зворотне" з'єднані з входами першого, другого, третього і четвертого диференційних підсилювачів, вихід першого диференційного підсилювача через перемикач " увімк. - вимк." з'єднаний з групами силових магнітних відштовхувачів, B Б Б Б установлених по осі Y системи координат Х О У , вихід другого диференційного підсилювача через перемикач " увімк. - вимк." з'єднаний з групами силових магнітних відштовхувачів, Б Б Б Б установлених по осі Х системи координат X O Y , вихід третього диференційного підсилювача через перемикач " увімк. - вимк." з'єднаний з групами силових магнітних відштовхувачів, Г Г Г Г установлених по осі Y системи координат X O Y , вихід четвертого диференційного підсилювача через перемикач " увімк. - вимк." з'єднаний з групами силових магнітних Г Г Г Г відштовхувачів, установлених по осі Х системи координат X O Y . 8 UA 72700 U 9 UA 72700 U 10 UA 72700 U 11 UA 72700 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 12