CN101040178B - 转子平衡方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种转子平衡方法及其装置，其可用于测量和修正由转子的不平衡所产生的力，特别是刚性转子。所要求的方法允许在两个失衡基准面内以高精度测量转子失衡参数。该方法是以相对于转子公共轴上的选定固定点向转子和同轴的平衡体引入摆动运动为基础。为了增加该方法的准确性，在每次确定穿过上述固定点的平面内的失衡的同时，与平衡体相对于轴线的角振荡相反的力被切向施加到平衡体上。为了消除失衡基准面对所测量参数的干扰，在测量的一个阶段，所述固定点用作转子轴线与其中一个失衡基准面的交点，其中在下一个阶段，转子沿其轴线移动固定距离到达第二位置。所测量的参数用于在两个失衡基准面内确定失衡参数。
Description
技术领域
本发明涉及用于动态平衡转动物体的技术，其可用于测量和修正由转子，特别是刚性转子的不平衡所产生的力。
背景技术
用于转子平衡的方法提供了通过确定设置在与转子轴线垂直的两个任意平面内的失衡矢量(不平衡是一个矢量，等于不平衡质量与距离轴线的中心半径矢量的乘积)来测量转子的失衡参数(失衡的质量、半径和其中心位置相对于转子轴线的角度)。这些平面被称为失衡基准面或者失衡修正面(例如，参见M.E.Levit，V.M.Ryzhenkov“Balancing of Parts and Units”，Moscow，Mechanical Engineering，1986)。
广泛已知的用于转子平衡的方法是基于向转子引入转动运动，并测量与转子轴线垂直的平面内的摆动幅值和相位(例如EPNo.0150274，1985)。根据该方法，失衡基准面在支承体的帮助下建立，其内部安装转子；与此同时，通过测量支承体上产生的动态载荷来测量转子摆动的幅值和相位。这种方法的局限是：所测量的参数必须做进一步处理，以分享位于不同失衡基准面内的失衡数据。
还有一种用于转子平衡的已知方法，与上述方法一样，它是基于向安装在支承体上的转子引入转动运动。该方法的特点是为了分享转子失衡基准面，将转子设在特定位置上，在测量了摆动参数后，转子转动180°，再次测量转子摆动的相位和幅值，接下来处理所测量的参数并确定在每个失衡基准面内的失衡率(美国专利No.5 359 885，73/146，1994)。该方法的缺点在于其劳动强度高和效率低。
在信号分配支承体的帮助下实现的方法的操作要更为方便，其中转子利用其一端面被架起。该方法的特征在于以转动的方式驱动转子，并且在支承体侧向平面内施加的动态载荷的测量相对于转子轴线对称(例如美国专利No.6 430 992，73/66，2002)。该方法的缺点在于用于确定每个基准面内的失衡的被测量参数处理的复杂性。
所有基于当转子设置在支承体上向转子引入转动运动的方法都受限于所采用的技术，由于连接轴承表面的越界、轴颈椭圆性、外环未对齐、支承体轴承润滑等所产生的振动，影响测量结果。
本发明涉及一种从根本上不相同的平衡方法，其特征在于转子的复杂运动。由于采用足够简单的技术，本方法使得提高测量失衡参数的准确性成为可能。
本方法可从苏联发明证书No.297890，G01M1/38，1971中获知。根据该方法，转子设置在这样一个位置，即其轴线与选定的轴线(例如垂直轴线)成一个锐角，并且相对于其轴线和选定垂直轴线相交的固定点向转子引入摆动运动。在此过程中，提供转子运动，使得水平面上的任意转子轴线点的运动路线的突出部分相对于垂直轴线对称。
这种方法的改进可从俄罗斯专利No.2105962，G01M1/38，1993中获得，其目的在于以降低影响测量参数的转子角振荡为代价来提高平衡的准确性。如上述方法一样，该方法相对于位于转子轴线上的固定点向转子引入摆动运动，并且测量转子角振荡的幅值和相位，利用它们可以在其中一个失衡平面内判断转子失衡参数。为了提高平衡准确性，配置了测量参照系统，它使得降低相对于转子轴线的转子角振荡的测量参数的影响成为可能。该参照系统通过采用与转子同心的平衡体进行配置；所述物体与转子同时开始运动。这种方法被认定为与本发明最接近的现有技术。
然而，实施这种方法中，会发生一些转子的摆动，因此垂直于转子轴线的平面内的物体的平衡将发生变化；结果，平衡准确性受到负面影响。
用于所要求保护的方法的最接近现有技术的装置是在俄罗斯专利No.2105962，G01M1/38，1993中公开并且设计为采用平衡方法的一种装置，该平衡方法是以向转子引入摆动运动为基础。该装置包括座板、轴(其一端带有球形支座并连接到带有可调偏心装置的驱动轴上，并且设置在转子上并安装在平衡体内部的弹性柔性平台部分上，使得它可以相对于平衡体轴线发生偏置)以及失衡控制器、参照信号传感器和传感器输出信号处理装置。信号处理装置包括脉冲序列发生器(其输入端连接到参考信号传感器)、二进制计数器、触发器、存储寄存器块(block)、解码器和失衡角度坐标以及数值指示器。上述装置元件按照提供失衡参数测量的电路进行互连。
该装置的缺点以及已知方法在于：由于垂直于转子轴线的平面内的转子摆动而导致的平衡准确性不足够高。
发明内容
采用本发明可获得的技术效果是：以降低平衡体相对于其轴线的角振荡对所测量参数的影响(理想情况下是以消除其影响)为代价，提高了转子角振荡幅值和相位的测量准确性。
根据本发明，该方法包括：相对于选自转子和平衡体的公共轴上的固定点，向转子以及同轴的平衡体引入摆动运动；测量转子角振荡的幅值和相位，通过它们判断转子的失衡参数；另外包括新的工序，也就是：在每次确定穿过上述固定点的平面内的失衡的同时，与平衡体相对于轴线的角振荡相反的力被切向施加到平衡体上。
当将上述固定点与转子轴线和其中一个转子失衡基准面相交的点对齐时，所测量的角振荡的幅值和相位用于确定在其它失衡基准面内的失衡参数。
当将转子沿轴线移动固定距离并接着测量转子角振荡的幅值和相位时，穿过上述固定点的失衡基准面内的失衡参数被确定。
通过选择上述固定点的位置所带来的技术效果在于：以消除失衡基准面对所测参数的干扰为代价，进一步提高该方法的准确性。
使用所要求保护的装置从而获得的技术效果在于：通过采用简单的技术手段提供很高的平衡准确性，上述技术手段不会歪曲转子相对于平衡体的失衡参数的测量结果。
为了实施该方法，提供一种装置，包括座板、平衡体和轴，轴设计为安装在转子上并装配在平衡体内的柔性支座上，以便沿平衡体轴线移动，所述平衡体的一端设有球形支座并连接到带有可调偏心装置的驱动轴上，所述转子平衡装置还包括失衡测量传感器、参照信号传感器和传感器输出信号处理装置。该装置进一步包括用于平衡体的附加柔性支承体，所述支承体固定在座板上，并且与座板上穿过所述球形支座中心的平面内的角振荡相对，平衡体的另一端安装在座板上。
当确定两个失衡基准面内的失衡参数时，通过下述事实实现装置的轻松使用，即：转子安装在驱动轴上以便沿其轴线移动，并且转子固定在两个位置上以便在第一位置上其中一个转子失衡基准面穿过球形支座中心，在第二位置上该平面相对于球形支座中心发生偏移。
为了增大平衡体的惯性速率(inertia rate)，附加柔性支座制成隔膜，其沿座板的周边刚性固定。
失衡传感器安装成使得它们的感应元件的中心相对于平衡体轴线在相同的直径上对称设置，并且它们的终端连接成使得平衡体传感器输出的角度位移相加及垂直于平衡体轴线的平面内的位移相减。由于在垂直于转子轴线的平面内发生转子的残余摆动，而确保这些摆动对测量参数的影响的补偿。
信号处理装置包括控制装置、AD转换器、存储装置、乘法器、减法器、幅值和相位测量装置、失衡角度坐标和速度指示器。控制装置输入端连接到参照信号传感器和输出端，输出端连接到AD转换器的驱动输入端、存储装置、幅值和相位控制装置的装置。失衡数值传感器的输出端连接到AD转换器信号的输入端，其输出端连接到存储装置、幅值和相位测量装置的输入端，以及连接到减法器的第一输入端，其第二输入端经由乘法器连接到存储装置的输出端。减法器的输出端连接到乘法器的输入端，其输出端连接到失衡角度坐标和速度指示器的输入端。
附图说明
附图中：
图1示意性显示了该装置，通过它实施该方法；
图2显示了沿A-A线的剖视图；
图3显示了沿B-B线的剖视图；
图4显示了传感器输出信号处理装置。
具体实施方式
转子平衡装置包括座板1，其内部安装有平衡体4，平衡体一端通过球形支座3设置在柔性支承体2上。球形支座中心3用作固定点，平衡体4相对于固定点做摆动运动。转子8的轴7同心装配在平衡体4内部轴线对齐的柔性支承体5和6上。平衡体4的另一端通过球形支座9连接到可调偏心装置10上，该偏心装置固定到安装在座板1上的驱动轴11上。转子8安装为沿其轴线移动距离h，并且固定在两个位置上，以使在第一位置处，其中一个失衡基准面(例如下部的一个)通过支承体3的中心，在第二位置上，该平面相对于支承体3的中心移动距离h，例如向上偏移。距离h是在方便测量的基础上选定的距离。它可以比转子失衡基准面之间的距离小或者相等。
柔性支承体2用于防止平衡体4相对于座板1在垂直于机体轴线4的平面内的角振荡。任意支承体(弹簧、弹性针、扭杆等)都可用作弹性支承体。但是优选采用沿座板1的周边刚性固定的隔膜，由于这种安装方法导致平衡体4的惯性速率增大，由此进一步提高失衡参数的准确性。
支承体5和6容许转子8的轴7在其轴线上运行，限定它的角振荡并容许当驱动轴11停止时转子8返回到其初始位置。图2所示的实施例显示了像针状物12的支承体5和6。
失衡传感器13和14设置在平台15上，平台在垂直于其轴线的平面内安装到平衡体4上(图3)。传感器13和14的感测元件相对于平衡体4的轴线对称设置，并且固定在相同直径处。如果不采用传感器13和14，而是采用磁感应传感器，则它们的电枢安装在刚性接合到转子8的轴7上的连接元件16上。传感器13和14的输出终端为这样的，即：如果产生平衡体4相对于轴线的角振荡，传感器13和14的输出信号增强；如果平衡体4的轴线在垂直于其轴线的平面内不重合，则输出信号减弱。
可调偏心装置10(图1)连接到参考信号传感器17上。在转子8上发现的指示失衡率角度坐标的指示灯18沿座板1的周边设置。
传感器13和14的输出信号的信号处理装置(图4)包括控制装置19、AD转换器20、存储装置21、增益装置22、减益装置23、幅值和相位测量装置24和失衡角度坐标和角度值指示器25。控制装置19的输入端连接到参考信号传感器17，输出端连接到AD转换器20的驱动点、存储装置21及幅值和相位控制装置24。失衡率传感器13和14的输出端连接到AD转换器20的信号输入端，其输出端连接到存储装置21以及幅值和相位测量装置24的输入端。减益装置23的第一输入端连接到AD转换器20的输出端，第二输入端连接到增益装置22的输出端。装置23的输出端经由装置24连接到指示器25。
在初始时刻，转子8和平衡体4安装在偏心装置10内支承体上的轴7上，使得它们的轴线与穿过球形支座3中心的垂直轴线成一个锐角(参见图1)。在此过程中，选择位于轴7之上的转子8的位置，使得其中一个失衡基准面与转子8的下部平面(h＝0)相匹配。接着，驱动轴11开始运转，由此相对于位于垂直于绘制面的平面内的支承体3的中心，将摆动运动传递给转子8的轴7并且传递到平衡体4。以在上部基准面中发现的失衡率，扭矩驱动转子8与轴7一起围绕其轴线转动(理想情况是，当转子8平衡时，它围绕轴线做摆动运动，没有角振荡)。同时，转子8在垂直于其轴线的平面内做摆动运动，这些摆动的幅值要远远大于由于失衡产生的摆动的幅值。由于连接平衡体4与转子8的轴7的弹性元件，转子8的角振荡影响物体4，但是同时每一时刻在平衡体4的每一点上在穿过支承体3的中心的平面内施加力，将所述力以切向导引至物体，产生弹性元件的补偿影响，即，相对于平衡体4的轴线增大(移除)平衡体的角振荡。
利用传感器13和14测量失衡率。如果不利用传感器13和14，而利用磁感传感器，在它们的线圈上引发以及由转子8失衡导致的信号相位是一致的，传感器总的信号的幅值增加一倍(它们的转换率相等)。由于平衡体4在垂直于其轴线的平面内的角振荡的缺失，传感器13和14的输出信号仅由转子8的失衡确定：
，其中幅值A1由失衡率确定，相位由它位置的角度坐标确定。该信号由AD转换器20转换为数字信号，并同时到达幅值和相位控制装置24的信号输入端以及到达到存储装置21中。结果，失衡率和上平面角度坐标数据在装置24的输出端生成。指示器25指示所获得的数据。同时，当信号从产生测量周期起点的时间信号的参考信号传感器17传出时，存储装置21记录信号S1的读取数据。
在测量了上部基准面的失衡后，转子8沿其轴线移动距离h，并在转子8的下部基准面中测量失衡率。为了消除可能影响上部基准面失衡测量的任何影响，传感器13和14的输出信号按照下述方式处理。确定来自减益装置23输出端的数字信号幅值和相位的测量的信号从控制装置19的输出端发送到幅值和相位控制装置24。该装置消减来自AD转换器20的输出端的信号S和来自存储装置21输出端的在增益装置22内乘以比例因子k的信号S1。比例单元k接收来自传感器13和14的信号幅值变化率，该变化率由上部基准面内的转子8的失衡确定。在AD转换器20的输出端接收的信号S如下：S＝kS1+S2，其中
，A2是与下部基准面内的失衡率一致的信号的幅值，
是信号相位。其中发生(S-kS1)消减的减益装置23的输出信号与下部基准表面的转子8的失衡一致，并且与
相等。该信号到达幅值和相位测量装置24以及指示器25的第二信号输入端，指示器指示下部基准面内的转子8的失衡数据。指示器25可同时指示在两个基准面内发现的失衡参数。
由此，所要求保护方法的使用实现了在两个失衡基准面内以高精度测量转子失衡参数。该方法操作简单，它的实施不需要大额花费。该方法可应用于工业和家庭环境。
Claims (9)
1.一种用于转子平衡的方法，包括：相对于选自转子和平衡体的公共轴上的固定点向转子以及同轴的平衡体引入摆动运动；测量转子角振荡的幅值和相位，通过它们判断转子的失衡参数；其特征在于：在每次确定穿过上述固定点的平面内的失衡的同时，与平衡体相对于轴线的角振荡相反的力被切向施加到平衡体上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：将转子轴线与其中一个转子失衡基准面的交点用作上述固定点，角振荡的测量幅值和相位用于在另一个失衡基准面内确定失衡参数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：在第一位置上测量转子角振荡的幅值和相位，当上述固定点与转子轴线和其中一个失衡基准面的交点对齐时，转子移动固定的距离到达第二位置，接着再次测量转子角振荡的幅值和相位，所测量的转子角振荡的幅值和相位用于确定最初穿过固定点的平面内的失衡参数。
4.一种转子平衡装置，包括：座板、平衡体和轴，轴设计为安装在转子上并装配在平衡体内的柔性支座上，以便沿平衡体轴线移动，所述平衡体的一端设有球形支座并连接到带有可调偏心装置的驱动轴上，所述转子平衡装置还包括失衡测量传感器、参照信号传感器和传感器输出信号处理装置，其特征在于：它进一步包括用于平衡体的附加柔性支承体，所述支承体固定在座板上，并且与座板上穿过所述球形支座中心的平面内的角振荡对抗，平衡体的另一端安装在座板上。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：附加柔性支承体制造成沿座板周边刚性安装的隔膜。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：该转子安装在轴上，以便沿转子轴线移动。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：转子安装成固定在两个位置上，使得在第一位置上其中一个失衡基准面穿过球形支座中心，在第二位置上该平面相对于球形支座中心偏移。
8.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：失衡测量传感器设置为使得它们的感应元件的中心相对于平衡体轴线对称设置，其安装在相同的直径上，并且它们的输出终端连接，使得如果发生平衡体相对于轴线的角振荡，则传感器的输出信号相加，如果平衡体(4)的轴线在垂直于其轴线的平面内错位，则信号相减。
9.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：信号处理装置包括AD转换器、存储装置、乘法器、减法器、控制装置、幅值和相位测量装置，其中失衡测量传感器的输出端连接到AD转换器的输入端，其输出端连接到存储装置的信息输出端、连接到减法器的第一输入端以及幅值和相位测量装置的输入端，幅值和相位测量装置的输出端连接到失衡角度坐标和速度指示器，存储装置的输出端经由乘法器连接到减法器的第二输入端，减法器的输出端连接到幅值和相位测量装置的第二输入端，控制装置的输入端连接到参照信号传感器的输出端，控制装置的输出端连接到存储装置的驱动点，AD转换器以及幅值和相位测量装置控制输入。
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