CN103217254B - 用于修正永久性标定的方法以及测力式平衡机 - Google Patents

Abstract

在测力式平衡机(1)中，要对依据经验推断的永久性标定进行修正，为此，从支承在所述平衡机(1)中的待平衡转子(2)的质量m_R、弹性支承架(3)的共振质量Ms、弹性支承架(3)的刚度c以及转子支承的间距(L)中计算出待平衡转子(2)在平移方向上的固有频率ω1和在回转方向上的固有频率ω2，且将从转子(2)的固有频率ω1、ω2和角频率Ω中计算出的频率响应添加给永久性标定。

Description

用于修正永久性标定的方法以及测力式平衡机

技术领域

本发明涉及一种用于修正测力式平衡机的依据经验推断的永久性标定的方法以及一种使用所述方法的测力式平衡机。

背景技术

在所有的平衡机中，不平衡量与振动之间的关系，依据经验都是通过标定来确定的。在低于临界点的区域中测量不平衡量时，会为此应用测力式平衡机，惯性力与弹力相比，可忽略不计，因此在测量不平衡量时，与转子支承有关的转子自身的质量和转动惯量以及重心位置，仍然可以不予考虑。因此，硬测力式平衡机的永久性标定可以与所放入的转子的机械性能无关。仅仅将支承架的刚度和转速纳入测量不平衡量的参数中。因为刚度是一种在一般情况下很少发生变化的机器参数，所以利用这种机器可以始终以同样的方式与转子无关地完成不平衡量的测量。因此称为永久性标定。

在测力式平衡机中，通过应用永久性标定，就可以与转子无关地在一个测量流程中完成不平衡量的测量。与对于每一类转子都必须重新标定，即意味着测量一次不平衡量要耗费三个测量流程的测量位移的机器相比，是有利的。

两种机器类型之间在物理学上的区别在于，转子转速与机器固有频率的比值。低于临界点运行的机器被归入测力式且被称为硬平衡机，超出临界点运行的机器被归入测位移式且被称为软平衡机。两种机器类型之间的转变，不是固定不变的。硬测力式平衡机运行得越快，它的测力性能损失得越多，与转子无关的永久性标定的可能性因而也失去得越多。如果在较高的转速时仍然以永久性标定运行，则会由于接近临界的共振转速而产生与机器和转子的动态特性有关的系统性测量误差。相对测量误差约为转速与固有频率的频率比的平方。

因此，为每台永久性标定的机器规定了一个由转子质量G和转速n计算所得且不得超出的所谓的Gn²极限值，作为具有<10％的相对测量误差的极限值。所述极限值相当于共振近似值的三分之一。如果转子质量与最大测量转速的平 方的乘积大于所规定的Gn²极限值，则会产生较大的测量误差；永久性标定不再有效。

从DE4028656A1中公知一种方法，其目的是，对在永久性标定的测力式平衡机中过大的接近于共振转速的值以及由此造成的测量结果的失真加以识别。在此，在进行不平衡量的测量过程中将获得至少三个在不同测量转速时的不平衡量测量值，求值电路从所述测量值中构成至少两个在转速上相邻的不平衡量测量值的差值。一旦求值电路断定，相邻的较高的测量转速之间的差值，在比例上大于相邻的较低的测量转速之间的差值，则确定共振放大系数且使之信号化。

此外，从CN102175394A中公知一种用于永久性标定具有软支承的平衡机的方法，其中由转子支承和被测量的转子组成的振动系统的固有频率，根据在马达加速期间所测得的角频率和转子支承的振幅进行计算，而转子质量对振动振幅的影响，通过图像加以说明，并且消除了转子的质量和转速对标定的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种方法，所述方法能够修正永久性标定的系统性测量误差，并且在测力式平衡机中，对于较高的Gn²值以及相应较大的接近于共振频率的近似值都能够进行满足要求的测量。

在按照本发明的方法中，从支承在平衡机中的待平衡的转子的质量、弹性支承架的共振质量、弹性支承架的刚度以及弹性支承架的转子支承的间距中，计算出待平衡的转子在平移方向和回转方向上的固有频率。所述平移方向相当于平衡机的测量接收装置的测量方向，而回转方向是围绕与测量接收装置的测量方向和转子的旋转轴垂直的轴线旋转的。从转子的固有频率和角频率中计算出频率响应且添加给永久性标定。

按照本发明的方法的优点在于，显著地拓宽了硬测力式平衡机的应用范围，并且借助于所述测力式平衡机可以在同样的测量误差下，对例如处于高出2至3级转速时的转子进行测量。本方法便于实施且耗时很少。除了转速外，只需要机器参数和待平衡的这类转子的质量，就可以进行用于修正永久性标定的计算。机器参数只须确定一次，就可以保存在数据存储器中供所有的用途使用且从该数据存储器中取出。实际上，因而只须确定每个转子的质量，这可以从几何参 数以及材料参数中获取，或者通过对转子进行称重而获得。还可以在平衡机的转子支承上布设测力单元，以便对转子进行称重。

附图说明

图1表示用于测量具有质量m_R的转子，例如一种轴的不平衡量的硬测力式平衡机的构造原理图。

具体实施方式

接下来根据附图中示出的实施例，对本发明进行详细说明。附图表示用于测量具有质量m_R的转子2，例如一种轴的不平衡量的硬测力式平衡机1的构造原理图。所述转子2可旋转地支承在具有刚度c和共振质量Ms的弹性支承架3上，且可通过电动的驱动装置4可旋转地加以驱动。所述驱动装置4与用于预先规定和调节驱动转速的控制设备5连接。角频率传感器6对转子的角频率Ω进行检测且传输给进行信号处理和信号求值的设备。在弹性支承架3上，为每个支承平面安装了测量接收装置8，所述测量接收装置8例如借助于活动线圈，检测转子2对弹性支承架3在规定方向上的力作用。支承平面的间距用L表示。测量接收装置8通过导线9、而角频率传感器6通过导线7与进行信号处理的设备10连接。所述设备10对角频率传感器6，测量接收装置8的测量信号进行放大且使之数字化，并且随后传送到求值装置11上，所述求值装置11包括被编程用于进行信号求值的电子计算机12和数据存储器15，且与输入设备13连接。转子特有的数据，如尺寸和形状参数，机器特有的数据，如共振的质量和弹性支承架的刚度，以及支承特有的数据，如间距和支承及平衡平面的位置，通过所述输入设备13被输送给求值装置11且被保存用于计算。求值装置11从所接收到的传感器6、8的测量信号以及预先设定的数据中，按照数量和方向计算出一个或者多个待平衡的不平衡值。求值计算的结果，在与电子计算机12连接的显示屏14上可见。

平衡机的转子支架是一种能振动的系统，其动力学的初始近似值可通过一种具有不平衡激励的单质量振动器模型加以描述。在此，U表示不平衡量，m表示质量，c表示弹簧刚度，Ω表示旋转的角频率以及η表示频率比

不平衡激励的振动的幅频响应是

后面部分可以展开成泰勒级数

如果η很小，较高次幂就不发挥作用。η越大，则为了近似计算函数，就必须考虑越多的环节。测力式机器可以忽略η的影响。假设，振动位移随Ω²而增加。由此而产生的误差，在第一阶η²中。也就是说，在30％的共振近似值处，误差是9％，当转速处于一半的共振频率时，误差为不平衡振幅的25％。为了对误差进行修正，平衡机需要更多的信息。它必须知道，共振频率位于何处。

在对称的情况下，具有两个自由度的不平衡量测量的公式是

其中，在相当于测量接收装置的测量方向的平移方向上的固有频率为

而在围绕与测量方向和转子的旋转轴垂直的轴线回转的方向上的固有频率

可以将所述公式改写成矩阵形式

其中

振动位移和不平衡量之间的关系因此为

在该表达式中，频率响应H被机器参数矩阵K分开。在η接近于0的极限情况下，H转变为单位矩阵。该公式与永久性标定的测量公式类似。

永久性标定矩阵P按照

P^-1＝Q^-1KQ

它由转换成对称坐标的机器参数K的矩阵组成。少了频率响应H。对永久性标定的修正就是，重新添加频率响应H。在本发明的公式中，标定矩阵P直接从机器模型中推导得出。实际上，依据经验是通过利用测试运行来进行标定而产生的。尽管如此，仍然可以以同样的方式进行修正。通过利用修正矩阵H对依据经验推断的永久性标定P进行结算的方法，计算出修正的永久性标定矩阵P_k

因此，为了修正永久性标定，仅仅需要H以及为此而需要固有频率ω1和ω2。必须为机器-转子系统的每一类转子计算这些值。我们可以简单地假设，转子是对称的而且转子的惯性半径是支承间距的这是具有支承间距长度的狭长延伸的圆柱体的值。只须由操作者输入转子的质量m_R，然后就可以计算出固有频率ω1、ω2

Ms表示共振的质量，而c表示弹性支承架的刚度。垂直于旋转轴的转子的转动惯量θ_R可以表示成

在通常情况下，如果转子没有被过度地悬置，那么转子的惯性半径小于一半的支承间距。在这种情况下，ω2＞ω1，也就是说，平移的固有频率是较低的，而且在回转方向上对共振近似值的修正是较少的。因此，此时质量m_R的修正值比转动惯量的修正值更重要。

弹性支承架刚度c和共振质量Ms是机器恒定值，对于每台机器(或者每类机器)必须测定一次，以此可以计算矩阵H且对永久性标定进行修正。机器恒定值可以从具有对称的测试转子的两个高速转子在最高达约80％的共振转速下的加速曲线中加以确定。在初次运行时，测试转子无附加的不平衡量，在第二次运行时，放置了静态的测试用不平衡量。在两个弹性支承架3上，借助于被作为测量接收装置8且能相对地以及绝对地进行测量的活动线圈，对振动速度进行测量。从所测得的振动速度和测试用不平衡量的值中，计算出机器参数c和Ms且存放在电子计算机12的数据存储器15中。按照上述方法编程的电子计算机12，可以访问机器参数c和Ms以及所输入的转子2的质量m_R，并且在每次进行求值计算时，对永久性标定进行相应的修正。

Claims (4)

1.一种用于修正测力式平衡机(1)的依据经验推断的永久性标定的方法，其特征在于，从支承在所述平衡机(1)中的待平衡转子(2)的质量m_R、弹性支承架(3)的共振质量Ms、弹性支承架(3)的刚度c以及转子支承的间距(L)中，计算出待平衡转子(2)在与测量接收装置(8)的测量方向相当的平移方向上以及在围绕与所述测量方向和转子(2)的旋转轴垂直的轴线回转的方向上的固有频率ω1、ω2，且将从转子(2)的固有频率ω1、ω2和角频率Ω中计算出的频率响应添加给永久性标定。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，将永久性标定设定成标定矩阵P的形式，且借助于描述频率响应的修正矩阵H，按照公式对修正的永久性标定矩阵P_k进行结算，其中

$Q=\left(\begin{array}{cc}1& 1\\ -1& 1\end{array}\right)$

是矩阵，而修正矩阵H由待平衡转子(2)的角频率Ω和所计算的固有频率ω1、ω2计算得出。

3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，修正矩阵按照下列公式计算：

$H=\left(\begin{array}{cc}\frac{1}{1-{\mathrm{\&eta;}}_1^2}& 0\\ 0& \frac{1}{1-{\mathrm{\&eta;}}_2^2}\end{array}\right)$

其中以及

4.一种具有弹性支承架(3)的测力式平衡机(1)，在所述弹性支承架(3)上装有用于检测转子(2)对弹性支承架(3)的力作用的测量接收装置(8)，所述测力式平衡机(1)具有检测转子(2)的角频率Ω的角频率传感器(6)以及求值装置(11)，所述求值装置(11)为了对信号进行求值而具有以依据经验推断的永久性标定来编程的电子计算机(12)以及包含依据经验推断的机器参数，刚度c和共振质量Ms的数据存储器，其特征在于，所述电子计算机(12)执行按照权利要求1至3中任一项所述的用于修正依据经验推断的永久性标定的方法。