专利名称：使自动平衡装置中的平衡机构固定的方法以及这种自动平衡单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及在一种自动平衡装置中实现自动平衡的方法，该自动平衡装置按照转动系统的不平衡来控制施加在不同类型转动系统上的振动，该装置包括封闭的环形轨道，该轨道装在转动系统上并装有平衡机构，该平衡机构可以沿上述轨道自由移动，以补偿转动系统的不平衡，该平衡机构基本上为已知的类型，具有许多可在上述轨道内运动的滚动件，在所述系统转动期间，该滚动件将自动地沿路径找到其合适的角位置，以便自动地补偿(矫正)不平衡，使系统可以操作于显著降低的振动水平，补偿系统的固有不平衡。本发明还涉及这种自动平衡单元。
在某个或某些转动速度下可以用这种自动平衡机构达到平衡作用，当速度在后来变化时或当出现扰动例如共振现象或频繁点火时，该滚动件可重新开始在装置的路径上“漂移”，该装置因此脱离其补偿的状态。
采用这种自动平衡装置的很多应用不会一次一次地改变其固有的不平衡特性，因此这些应用只要求在第一次起动转动系统时自动平衡装置可以补偿该系统。因而在这种自动平衡系统中的滚动件在转动系统重新起动后达到平衡状态时便处于同样的位置。因此，最有利的是在转动系统加速、减速或甚至完全停止时也能够以简单的方式将滚动体的位置保持在其平衡位置，因而该系统在下一次从静止状态起动时该系统便已经处于平衡状态。这样便可以在与自动平衡装置连接的转动系统的整个速度范围内利用自动平衡装置的作用。
在用手工平衡车轮的常规方法中，将车轮装在测量机的转轴上，使转轴转动，让机器指示车轮的不平衡，然后按照测量得到的值用手工将平衡重物(配重)装在轮圈上，然后再使转轴以及其轮圈上装有平衡重物的轮子转动，看是否需要再于轮圈上加重物，直至机器示出已达到可允许程度的不平衡。然后从转轴上取下轮子，将其装在合适的车上。这个过程要求转动系统(轮子)在其不操作的位置是平衡的，并且减小轮子不平衡的操作步骤本身是手工操作。结果是一个车轮，该车轮在平衡的当时所具有的条件下受到平衡操作，换言之，此方法被认为是将平衡件锁定在可以提供平衡作用的一些位置，但是还必须注意到，这种说法只是在平衡的瞬间达到的那个条件下才是正确的。在从测量机器转轴上卸下轮子、送到车子处，然后再装在车上的期间的任何扰动意味着已平衡的系统可能受到新的不可控的不平衡和/或不对正，并且没有考虑安装轮子的汽车的部件在平衡时的条件。只要轮子没有受到使重量分布发生变化的碰撞和磨损，这种平衡作用更是合适的，但是轮子外胎面的不均匀磨损或碰撞将使轮子变形，这说意味着转动系统即轮子脱离其平衡的条件(状态)。因此，对于经受磨损的快速转动系统，例如研磨机转轴上的系统，或具有大的固有振幅的系统，例如洗衣机滚筒，这种转动系统的永久性的手动补偿是不令人满意的。
US-A-4060009公开了一种自动平衡单元，其中将粘合剂配置在装入平衡球的环形空腔内。然后临时将电热线圈放在系统的外面使粘合粘致活，从而永久地将球固定在平衡位置，以便让装有该单元的转动系统永久地被平衡。在平衡是不可逆时这种配置可以给出满意的结果，但是在转动期间将电热线圈配置在单元周围以及在激活粘合剂后又从上取下来是十分费时和复杂的工作。
US-A-3433534公开一种机械机构，用于将构成自动平衡器一部分的保持器中的平衡件锁定在平衡位置，上述机构是一种分节(成段)的弹簧加压的夹紧部件，楔入在平衡件之间。这种装置还装有释放滚动件的机构，以便进行再平衡，如果需要，这种机构可以为电磁线圈形式。该装置允许可逆地固定平衡件，但机械元件多，造成体积大和构造复杂。
本发明的目的是提供一种在自动平衡单元上执行的方法，从而可以断定，在整个速度范围内可以以可逆或不可逆的方式保持自动平衡作用，这种自动平衡作用对于不同类型的扰动是很不敏感的，而且可以以如权利要求书所确定的简单而有效的方式达到这一点。
下面参考示意示出的附图更详细说明本发明，这些附图是图1是自动平衡单元的示意侧视图，示出其滚动件在平衡前随机分布的位置；
图2是对应的图，示出滚动件聚集在轨道的一个扇形区内，处于其平衡位置；图3是横截面图，示出自动平衡机构，该装置具有第一实施例的机械机构，该机构为双稳态部件形式，可以在某个转动速度自动固定滚动件；图4和5是部分截面图，示出另一个实施的用于制动滚动部件的双稳态部件；图6示出一个实施例，其中自动平衡单元可以经受一个外力或冲击，使该装置的一部分发生形变，从而使滚动部件固定，图7和8是局部示意图，示出另一个固定自动平衡单元滚动件的另一实施例，其中锥形插座最好与烟火剂相结合使用；图9是局部视图，示出一个实施例，该实施例可以释放固定滚动件的力，以便进行可逆的配置；图10和11示出一种自动平衡单元的外壳及锥形插座的横截面图，该锥形插座适合于采用烟火剂，以便引发滚动件的固定功能；图12是图4所示双稳态盖部件的局部细节图。
图1是侧视图，示出一种自动平衡单元，该单元预定同心地连接于要被补偿的转动轴等，该单元包括内环1、与内环1同心配置的外轨道环(滚圈)2以及许多最好为球(滚珠)的滚动件3，上述滚动件的数目使得滚动件只能占据两个环1和2之间的部分空间。虽然图中未示出，但环1和2之间的空间4是由未示出的端板封闭的，在环与端板之间的未由滚动件3占据的自由体积有时用液体或半液体例如油充满，其主要目的是对滚动件施加阻尼、拉拖和润滑作用。附图中所示单元处于不平衡状态下，因此在外轨道环的右上部5处示出一种想像的不平衡作用，其中该系统以足以达到平衡的速度转动，但却是在该滚动件才移到其可以补偿不平衡作用5的位置之前。这里，滚动件3沿外轨道环处于间隔开的无序位置，如图1所示最下部球3的情况，这些滚动件因为存在不平衡作用5而受到平行四边形力的作用，当处于不平衡位置时，该系统的几何中心6和重心7不重合。因此，离心力Fc和垂直于轨道(滚道)的力Fn一起形成作用在球上的合力Fr，在系统加速到产生平衡的转速以后，球3便聚集到与不平衡作用5的位置相对的位置，因而补偿的扰动不平衡作用5，并且作用在滚动件上的离心力Fc和对轨道垂直作用的法向力Fn是相等的且方向相反，并通过重心MC和几何中心GC，这两个中心现在是重合的。因此，当系统运转时没有造成不平衡的合力。
图中不平衡符号5被图示为一个相当大的区域，代表一个相当大的块(质量)，按照图2，处于平衡位置的滚动件3聚集在轨道的一个短的部分内，相互靠近。如果不平衡作用5的尺寸和/或5的位置与几何中心GC之间的距离比较小，则一系列的滚动件应当间隔得更开，但仍位于对着不平衡作用5的位置。
产生自动平衡作用的转速有时是超临界的，但在转动速度降低到装有自动平衡机构的机器的正常操作速度时，滚动件有时不停在平衡位置，并且不同类型的扰动例如冲击、重量分布变化(例如由于磨损)等可能导致滚动件离开其平衡位置，因此不能使机器在不为平衡速度的操作速度下在平衡条件下操作。
因此本发明提出一种方法，用在一种自动平衡单元中，该单元可以按照转动系统的不平衡而控制施加在各种转动系统上的振动，该单元包括封闭的环形轨道，该轨道装在转动系统上并具有平衡机构，该机构最好为许多可以沿上述轨道自由运动的用于补偿转动系统不平衡的滚动件，从而在转动系统转动期间在已形成平衡作用时可将该滚动件固定在其瞬时的(当时的)位置。
这样便可以确定，转动系统一旦达到平衡便将保持在平衡条件下而与转动系统的转动速度无关，并且不受外部扰动(干扰)的影响。
对于自动平衡的许多应用，重要的是将滚动件以可逆方式固定在其瞬时位置，即如果在以后不平衡条件变化，还可以重新配置滚动件，而在其它情况下最好以不可逆方式将滚动件固定在平衡位置。
目的是在转动系统转动期间当它一达到平衡状态就瞬时(即刻)固定滚动件，在图3～5所示的第一基本实施例中，采用双稳态的固定部件达到这种固定作用，该双稳态部件具有两个不同的位置，即第一和第二位置，在第一位置，滚动件可在自动平衡单元的轨道中自由运动，而在第二位置，该双稳态部件给滚动件施加一固定力。
该双稳态部件的第一实施例示于图3，其中弹簧式部件9装在自动平衡单元中的位置10处，该位置10与单元的轨道(滚道)11间隔开，该单元包括内环12和经一个过渡的侧壁14形成整体单元的外侧轨道环(滚圈)13，其中形成装有许多滚动件3的环形空间4。单元的另一侧面由端板15封闭，该端板以适当的不渗漏的方式装在单元上。
如图3的上半部所示，机械双稳态弹簧式部件9可以由卡子16保持在非作用位置，该卡子在受到例如外部冲击等而触发时可以释放弹簧件9。在按如图所示的方式配置时，还可以选择这种配置方式，使得部件9可以通过超临界速度转动所引起的离心力作用而自动地触发，并运动到作用位置。
图4示意示出双稳态固定机构的优选实施例，该部件在这种情况下被设计为侧盖17。该双稳态盖17具有两个不同位置，即在图5中用实线示出的第一位置17a和用虚线示出的第二不同位置17b。当双稳态盖17位于其第一位置17a时，滚动件不与其接合，因此可沿其轨道自由运动，但在触发力推动盖部件17的中心部分向内移动到第二不同位置17b之后，其中心部分便与滚动件3接合，由此夹住滚动件，使其锁定在其现时的位置，即靠着轨道，还可能靠着与盖部件17位置相对的单元的侧壁14。在此实施例中的盖部件17起着自动平衡单元的那个外侧壁的作用，但是它还可以形成这种固定作用，使双稳态盖部件17位于单元的未示出侧壁的内侧。
图12示意示出双稳态盖17如何装在外侧轨道环13和内环12的适当凹槽内以及盖部件17的面向滚动件3的侧表面上如何衬上一层柔性衬垫18例如橡胶，由此可以显著减小固定滚动件所需要的力，即双稳态盖作用在滚动件上的力。为此目的还可以设置一个具有相应内衬垫的相对的侧壁(图中未示出)，以便进一步减小所需要的力。
图5示意示出另一实施例的双稳态盖部件19，在此例中该部件仅在环12和13之间的一部分空间内延伸。在此例中，双稳态盖的作用类似于图4所示盖的作用，但是这种双稳态盖18当然不能形成单元的外侧壁，因为该单元不被封闭。在这种情况下，双稳态盖18以及相对的侧壁最好衬有柔性衬垫，以减小需要的固定力，至少在固定期间接合滚动件3的区域加衬垫。
图6～11示出另一些实施例，这些实施例可使滚动件固定在要求的位置，即固定在使转动系统达到平衡的位置。
这种固定涉及向自动平衡单元基本上沿轴向施加力的一些方法，上述力可以用来使如图6所示的轨道和/或封装滚动件的外壳的侧表面发生形变。在该图的上半部示出了当滚动件达到平衡状态时，力19作用于例如封装滚动件3的外壳的侧壁15上，如该图的下半部所示，该力使侧壁15发生形变20，由此可以制止滚动件进一步移动。为此，侧板上最好设置有某种预成形的形变指示部分，以保证稳妥地固定滚动件。
图7是示意的部分截面图，示出了自动平衡单元的一部分，其中滚动件3可被压靠在轨道环13上，从而由圆锥形插座(座套)21固定，该插座沿轴向插在滚动件和内环12之间。在此实施例中，圆锥形插座21可利用充填的烟火剂22使其移动。在图10中还示出此实施例的外壳，而在图11中以较大比例的部分截面图示出圆锥形插座21。
图8所示的装置还可以结合圆锥形插座21，以类似于图7实施例的方式配合滚动件3和轨道环13。在此例中，插座21具有外周槽21a，该槽中插入弹簧件23的端部，该弹簧件使圆锥形插座21固定就位。而且，在此例中，圆锥形插座最好由充填的烟火剂(未示出)移到固定位置，该烟火剂适合于从点燃开始只在几分之一秒的时间内进行瞬时固定，直至圆锥形插座21已被向上驱动至固定滚动件。
在此实施例中，弹簧件23也可以起外壳的侧壁的作用。
图9示出对应于图8的图，示出可使图8的实施例逆转的装置。在单元外壳壁上形成一个空气通道24便可以达到这一点。当充填的烟火剂爆炸而驱进圆锥形插座时，空气可以通过空气管24逸出，从而防止在装入滚动件3的空间4中形成高压，当需要单元重新平衡时，可以用空气管24引入加压空气等，使弹簧件23向外突出，由此使圆锥形插座21从其锁定滚动件3在平衡位置的位置退回。最好的是，使空气管24配置成和设计成可在空气等的开始引入和从壳体内部排出之间产生一定的延迟，直至圆锥形插座从其一个位置移至另一位置。
对于使用图3～5所示双稳态装置的变形例，上述说明仍然有效。
如上所述，在图10中详细示出一种自动平衡单元的外壳25，该自动平衡单元采用烟火剂装药推动圆锥形插座，该插座使滚动件挤靠在轨道环13的轨道上。在此实施例中，示出内环12和外轨道环13，这些环基本相当于图7示意示出的实施例，这些环通过中间的固定侧壁(挡壁)形成一个整件。该外壳具有一个最好形成在固定侧壁14上的环形的圆周槽26，该槽用于接收环形的烟火剂装药(未示出)。形成穿过固定侧壁14并进入凹槽26的开口27。当烟火剂充填在凹槽中时该开口可供触及烟火剂装药，以便使该装药爆炸，驱动圆锥形插座。
圆锥形插座21更详细地示于图11，在该图中仅示出插座一半的横截面，从图上可以看到，该圆锥形插座21具有锥形的外包络表面28和位于一侧的凸缘29，该凸缘适于插入外壳的槽26中，因此起着活塞的作用，在使烟火剂装药爆炸时便轴向向外驱动该凸缘。
本发明不限于在附图中示意示出的和参照该
的实施例，在所附权利要求书的范围内可以想像各种改型和变型。
权利要求
1．一种用在一种自动平衡单元上的方法，该单元按照转动系统的不平衡来控制施加在各种转动系统上的振动，该单元包括封闭的环形轨道(11)，该轨道装在转动系统上并具有形为滚动件的平衡机构(3)，该滚动件可沿上述轨道自由运动，以补偿转动系统中的不平衡，该单元预定在转动系统转动期间在达到平衡作用以后特意使平衡机构(3)固定在其瞬时位置，该方法的特征在于在间隔开上述轨道(11)的位置配置一个双稳态盖(9；17；18)，该盖具有第一特殊位置(17a、18a)和第二特殊位置(17b、18b)，在第一位置该盖完全位于装入滚动件(3)的空间(4)的外侧，而在第二位置，该盖可以以固定力接合滚动件，从而保持球不动；和对上述双稳态盖施加一驱动力，从而使其从其第一位置移到第二位置。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用圆环面形的双稳态盖(17)。
3．如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用锥形的环形部件(18)作上述双稳态盖。
4．如权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，给双稳态盖(17、18)的在其第二特殊位置(17b,18b)时将固定接触滚动件的表面上衬以柔性材料(17C)，以便减小固定滚动件所需要的力。
5．一种如权利要求4所述的方法，其中，双稳态盖(17、18)沿轴向配置在装入滚动件(3)的空间(4)的外边，其特征在于，给自动平衡单元的与上述双稳态盖(17、18)相对的侧壁(14)提供柔性材料的内衬，以便进一步减小固定滚动件所需的力。
6．如权利要求1～5中任一项所述的方法，其中，滚动件的封装空间(4)具有至少一个密封设置的壁，其特征在于，设置空气通道(24)，该通道穿过滚动件(3)的封装空间(4)的上述壁，以便在上述双稳态盖(9、16、17)变位时流过空气。
7．一种用在一种自动平衡单元上的方法，该单元按照转动系统的不平衡来控制施加在各种转动系统上的振动，该单元包括封闭的环形轨道(4)，该轨道装在转动系统上，并具有形为滚动件的平衡机构(3)，该滚动件可沿上述轨道自由运动，以补偿转动系统中的不平衡，该单元预定在转动系统转动期间在达到平衡作用后特意将平衡机构(3)固定在其瞬时位置，其特征在于，在自动平衡单元上施加力(19)，以便使滚动件受到楔固作用，从而将上述滚动件(3)压靠在单元的至少轨道(11)上。
8．如权利要求7所述的方法，其特征在于，向自动平衡单元的侧壁盖(15)施力(19)，使上述侧壁盖(15)发生形变(20)，从将滚动件(3)楔固在轨道(11)上并且最好楔固在单元的相对侧壁(14)上。
9．如权利要求8所述的方法，其特征在于，采用圆锥形插座(21)，该插座配置在滚动件(3)和单元的内环(12)之间，沿轴线位移上述圆锥形插座便可使滚动件(3)压靠在外轨道环(13)的轨道(11)上。
10．如权利要求9所述的方法，其特征在于，使一弹簧件(23)与上述圆锥形插座(21)联用，该弹簧件连接于该插座并保持该插座就位。
11．如权利要求10所述的方法，其特征在于，采用上述弹簧件(23)作一盖部件，该盖部件封闭外壳的远离固定侧壁(14)的侧面。
12．如权利要求7～11中任一项所述的方法，其特征在于，配置空气通道(24)，该通道穿过封装滚动件(3)的空间(4)的壁，以便在上述圆锥形插座位移(21)时流过空气。
13．如权利要求7～12中任一项所述的方法，其特征在于，通过使充填的烟火剂(22)起爆来产生将滚动件压紧就位的上述力(19)。
14．一种自动平衡单元，用于按照转动系统的不平衡来控制施加在各个转动系统上的振动，它包括具有环形轨道(11)的封装空间(4)，该轨道装在转动系统上并具有形为滚动件的平衡机构(3)，该滚动件可以沿上述轨道自由运动，以补偿转动系统中的不平衡，其中滚动件被配置成在转动系统转动期间在已达到平衡作用时可被固定在瞬时位置，其特征在于，在自动平衡单元的外壳内设置双稳态装置(9、17、18)，该双稳态装置具有可使滚动件(3)在其上述环形轨道(11)中自由运动的第一位置(171、18a)和使滚动件(3)压靠到至少一个固定物(11、14)上的第二位置(17b、18b)。
15．一种自动平衡单元，用于跟按照转动系统的不平衡来控制施加在各种转动系统上的振动，它包括具有环形轨道(11)的封装空间(4)，该环形轨道装在转动系统上并具有形为滚动件的平衡机构(3)，该滚动件可沿上述轨道自由运动，以补偿转动系统中的不平衡，其中滚动件被配置成在转动系统转动期间在已经达到平衡作用以后可固定就位于其瞬时位置，其特征在于，所述单元装备有用于装入烟火充填剂(22)的装置(26)，该烟火剂设置成可起爆，以便使形成自动平衡单元一部分的部件(15；21)移动，从而使滚动件由楔固力固定就位。
全文摘要
一种固定自动平衡单元的平衡机构的方法,该单元包括封闭的环形轨道(11),该轨道装在一个转动系统上并具有形为滚动件的平衡机构(3),该滚动件可沿上述轨道自由运动,以补偿转动系统的不平衡,该单元预定在转动系统转动期间在达到平衡作用以后使平衡机构(3)就位于其瞬时位置。该方法包括以下步骤:在间隔开上述轨道(11)的地方配置双稳态盖(9;17;18),该盖具有第一和第二特殊位置(17a、18a;17b、18b),在第一位置,该盖完全位于装入滚动件(3)的空间(4)的外面,而在第二位置,该盖可以固定力接合滚动件,从而保持球不动;和对盖施加驱动力,以使上述双稳态盖从其第一位置移到其第二位置,或施加力(19)作用于自动平衡单元,以使滚动件受到楔固作用,使滚动件(3)压靠在单元的至少轨道(11)上。
文档编号G01M1/00GK1228829SQ9719749
公开日1999年9月15日 申请日期1997年8月27日 优先权日1996年8月27日
发明者约纳斯·尼尔斯阿加德, 彼得·金德, 安德斯·海格隆德, 马格努斯·林德霍尔姆 申请人:Skf公司