IT201900000599A1

IT201900000599A1 - CONTROL EQUIPMENT FOR THE CONTROL OF FUNCTIONAL CHARACTERISTICS OF A TOOTHED MECHANICAL PART, AND METHOD OF CONTROL THAT INCLUDES THE CONTROL OF FUNCTIONAL CHARACTERISTICS OF A TOOTHED MECHANICAL PART

Info

Publication number: IT201900000599A1
Application number: IT102019000000599A
Authority: IT
Inventors: Roberto Baruchello; Roberto Dall'aglio
Original assignee: Marposs Spa
Priority date: 2019-01-15
Filing date: 2019-01-15
Publication date: 2020-07-15

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

del brevetto per Invenzione Industriale dal titolo: of the patent for Industrial Invention entitled:

“APPARECCHIATURA DI CONTROLLO PER IL CONTROLLO DI CARATTERISTICHE FUNZIONALI DI UNA PARTE MECCANICA DENTATA, E METODO DI CONTROLLO CHE COMPRENDE IL CONTROLLO DI CARATTERISTICHE FUNZIONALI DI UNA PARTE MECCANICA DENTATA” "CONTROL EQUIPMENT FOR THE CONTROL OF FUNCTIONAL CHARACTERISTICS OF A TOOTHED MECHANICAL PART, AND METHOD OF CONTROL THAT INCLUDES THE CONTROL OF FUNCTIONAL CHARACTERISTICS OF A TOOTHED MECHANICAL PART"

Settore della tecnica Technical sector

La presente invenzione riguarda un controllo di caratteristiche funzionali di parti meccaniche dentate, quali ingranaggi o porzioni di alberi. Questo tipo di controlli è finalizzato ad un controllo qualitativo di un veicolo che comprende componenti meccaniche, e fra esse la parte dentata, e rappresenta il contributo meccanico alla analisi di confortevolezza di tale veicolo, analisi comunemente nota con la sigla NVH (noise, vibrations, harshness). The present invention relates to a control of the functional characteristics of toothed mechanical parts, such as gears or portions of shafts. This type of checks is aimed at a quality control of a vehicle that includes mechanical components, and among them the toothed part, and represents the mechanical contribution to the comfort analysis of this vehicle, commonly known as NVH (noise, vibrations, harshness).

Arte Anteriore Front Art

Esistono apparecchiature complesse per effettuare controlli relativi all’analisi NVH, effettuando controlli su parti del veicolo già assemblate, ad esempio parti del motore, o sul veicolo completo. There are complex equipment to carry out checks related to NVH analysis, by carrying out checks on already assembled vehicle parts, for example parts of the engine, or on the complete vehicle.

Descrizione dell’invenzione Description of the invention

La presente invenzione riguarda un’apparecchiatura per effettuare tale controllo funzionale di caratteristiche meccaniche mediante l’ingranamento della parte da controllare o pezzo (ruota dentata o albero) con una ruota campione (o master). Il controllo è di tipo “monofianco”, ovvero si controlla solo un fianco alla volta, prima il “drive” poi il “coast” o viceversa. Pezzo e master sono azionati da due motori, in particolare motori elettrici, uno dei quali trascina mentre l’altro agisce da freno. Entrambi i fianchi dei denti vengono ingaggiati, pertanto il ruolo dei motori può o può non essere invertito nel momento in cui si misura il secondo fianco (drive-coast) a seconda della strategia impiegata nel ciclo di controllo, se cioè si inverte il moto o solo il trasferimento di coppia. La grandezza misurata è l’accelerazione angolare del pezzo o del master, nei suoi valori istantanei e nel tempo. The present invention relates to an apparatus for carrying out this functional check of mechanical characteristics by meshing the part to be checked or piece (toothed wheel or shaft) with a sample wheel (or master). The control is of the "single-sided" type, that is, you only control one side at a time, first the "drive" then the "coast" or vice versa. Piece and master are driven by two motors, in particular electric motors, one of which drives while the other acts as a brake. Both sides of the teeth are engaged, therefore the role of the motors may or may not be reversed when measuring the second side (drive-coast) depending on the strategy used in the control cycle, i.e. if the motion is reversed or only couple transfer. The measured quantity is the angular acceleration of the piece or master, in its instantaneous values and over time.

Dovendo l’apparecchiatura misurare tutte e solo le accelerazioni angolari, e le vibrazioni angolari (o torsionali), deve essere sufficientemente sensibile a queste e non introdurne di proprie. Il problema sta nel fatto che un qualunque sistema genera sollecitazioni torsionali attraverso l’azione dei motori a causa degli inevitabili ripple di coppia che tutti i motori hanno in misura più o meno accentuata; in più esso costituisce un filtro alle frequenze che si vogliono misurare a causa del momento di inerzia della catena meccanica. Since the equipment has to measure all and only angular accelerations, and angular (or torsional) vibrations, it must be sufficiently sensitive to these and not introduce its own. The problem lies in the fact that any system generates torsional stresses through the action of the motors due to the inevitable torque ripple that all motors have to a greater or lesser extent; in addition, it constitutes a filter at the frequencies to be measured due to the moment of inertia of the mechanical chain.

La presente invenzione consente di risolvere questo problema mediante un’apparecchiatura di controllo per il controllo di caratteristiche funzionali di una parte meccanica dentata secondo le rivendicazioni da 1 a 6 e un metodo di controllo per l’analisi NVH di un veicolo secondo le rivendicazioni 7 e 8. The present invention allows to solve this problem by means of a control apparatus for the control of functional characteristics of a toothed mechanical part according to claims 1 to 6 and a control method for the NVH analysis of a vehicle according to claims 7 and 8.

Il concetto è quello di creare un ‘muro inerziale’ che non disturbi il moto e quindi la misura dal lato master usando un volano opportunamente dimensionato solidale con il master, e collegando l’insieme master+volano al motore relativo tramite un giunto elastico. Il ramo di misura, invece, solidale con il pezzo, è disaccoppiato dal motore corrispondente tramite un altro giunto elastico. Quest’ultimo motore è reso più stabile da un secondo volano Breve descrizione del disegno The concept is to create an 'inertial wall' that does not disturb the motion and therefore the measurement from the master side using a suitably sized flywheel integral with the master, and connecting the master + flywheel assembly to the relative motor via an elastic joint. The measuring branch, on the other hand, integral with the piece, is decoupled from the corresponding motor by means of another elastic coupling. This latter engine is made more stable by a second flywheel Brief description of the drawing

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento al disegno annesso, che ne illustra un esempio di attuazione non limitativo. The present invention will now be described with reference to the attached drawing, which illustrates a non-limiting example of embodiment.

In particolare, la figura 1 mostra in modo schematico alcuni componenti di una apparecchiatura secondo l’invenzione. In particular, Figure 1 schematically shows some components of an equipment according to the invention.

Forma di attuazione preferita dell’invenzione I numeri di riferimento di figura 1 indicano: Preferred embodiment of the invention The reference numbers in figure 1 indicate:

1 una parte dentata o pezzo da controllare, 1 a toothed part or piece to be checked,

2 una ruota campione o master, 2 a champion or master wheel,

3 un primo mandrino che reca il pezzo 1, 3 a first mandrel bearing the piece 1,

4 un secondo mandrino che reca il master 2, 4 a second spindle carrying the master 2,

5 un primo encoder connesso al primo mandrino 3, 5 a first encoder connected to the first spindle 3,

6 un secondo encoder connesso al secondo mandrino 4, 6 a second encoder connected to the second spindle 4,

7 un sensore, in particolare un accelerometro torsionale connesso al primo mandrino 3 7 a sensor, in particular a torsional accelerometer connected to the first spindle 3

8 una puleggia connessa al secondo mandrino 4, 8 a pulley connected to the second spindle 4,

10 una cinghia connessa alla puleggia 8, 10 a belt connected to pulley 8,

11 una puleggia con primo giunto elastico connessa al primo mandrino 3, 12 una puleggia con secondo giunto elastico connessa alla cinghia 10, 11 a pulley with a first elastic joint connected to the first mandrel 3, 12 a pulley with a second elastic joint connected to the belt 10,

13 una cinghia connessa alla puleggia con primo giunto elastico 11, 13 a belt connected to the pulley with a first elastic joint 11,

14 un secondo motore elettrico connesso, tramite le pulegge 8, 12 e la cinghia 10, al secondo mandrino 4, 14 a second electric motor connected, by means of the pulleys 8, 12 and the belt 10, to the second spindle 4,

15 una puleggia connessa alla cinghia 13, 15 a pulley connected to the belt 13,

17 un primo motore elettrico connesso, tramite le pulegge 11, 15 e la cinghia 13, al primo mandrino 3, 17 a first electric motor connected, by means of the pulleys 11, 15 and the belt 13, to the first spindle 3,

19 un primo volano lato pezzo connesso al primo motore 17, 19 a first flywheel on the part side connected to the first motor 17,

20 un secondo volano lato master connesso al secondo mandrino 4. 20 a second flywheel on the master side connected to the second spindle 4.

21 ramo pezzo, 21 piece branch,

22 ramo master, e 22 master branch, e

23 ramo di misura. 23 measuring branch.

Le pulegge 11, 15 e la cinghia 13 ad esse accoppiata realizzano un primo sistema di trasmissione, mentre le pulegge 8, 12 e la cinghia 10 ad esse accoppiata realizzano un secondo sistema di trasmissione. The pulleys 11, 15 and the belt 13 coupled to them form a first transmission system, while the pulleys 8, 12 and the belt 10 coupled to them form a second transmission system.

Il concetto è “motore 14 -giunto 12 -volano 20 –master 2�pezzo 1-giunto 11-volano 19 –motore 17” The concept is "engine 14 - joint 12 - flywheel 20 - master 2nd piece 1 - joint 11 - flywheel 19 - engine 17"

Notare che nel ramo master 22 il volano 20 è a monte del giunto (fra giunto 12 e master 2), nel ramo pezzo 21 il volano 19 è a valle (fra giunto 11 e motore 17). Il ramo master 22 deve essere il più stabile possibile in rotazione, il ramo pezzo 21 deve essere il più reattivo possibile perché è su di esso che viene effettuata la misura. In teoria il ramo master 22 dovrebbe avere momento d’inerzia infinito e il ramo pezzo 21 nullo. I giunti elastici sono contenuti interni alle pulegge 11, 12, sono costituiti da una porzione interna concentrica della puleggia 11, 12 unita alla porzione esterna tramite un legante in polimero (oggetti esistenti in commercio). Note that in the master branch 22 the flywheel 20 is upstream of the joint (between joint 12 and master 2), in the part branch 21 the flywheel 19 is downstream (between joint 11 and motor 17). The master branch 22 must be as stable as possible in rotation, the piece branch 21 must be as reactive as possible because it is on it that the measurement is carried out. In theory, the master branch 22 should have infinite moment of inertia and the piece branch 21 null. The elastic joints are contained inside the pulleys 11, 12 and consist of a concentric internal portion of the pulley 11, 12 joined to the external portion by means of a polymer binder (objects available on the market).

La frequenza torsionale naturale del ramo pezzo 21 dovrebbe essere significativamente più alta di qualunque frequenza che viene misurata; essa deriva dalla radice del rapporto fra rigidezza torsionale, che va tenuta alta e momento di inerzia, che va quindi tenuto basso. The natural torsional frequency of the piece branch 21 should be significantly higher than any frequency that is measured; it derives from the root of the relationship between torsional stiffness, which must be kept high, and the moment of inertia, which must therefore be kept low.

Il giunto 12 protegge il ramo master 22 dal ripple di coppia del motore 14, evitando di iniettare nel sistema vibrazioni che non appartengono alla parte dentata 1 in misura. The joint 12 protects the master branch 22 from the torque ripple of the motor 14, avoiding injecting into the system vibrations which do not belong to the toothed part 1 in size.

Il volano 20 rende costante il moto rotatorio del master 2 indipendentemente dalle vibrazioni indotte dall’accoppiamento master-pezzo, confinando quindi queste ultime al ramo pezzo 21, che è di misura. The flywheel 20 makes the rotary motion of the master 2 constant regardless of the vibrations induced by the master-piece coupling, thus confining the latter to the piece branch 21, which is measuring.

Il ramo pezzo 21 risponde prontamente a tutte le sollecitazioni rotazionali e le trasferisce ai sensori (encoder, TAC) The branch piece 21 responds promptly to all rotational stresses and transfers them to the sensors (encoder, TAC)

Il giunto 11 disaccoppia il momento inerziale del ramo di misura 23, ovvero quella parte del ramo pezzo 21 che reca il pezzo 1, dal momento inerziale del motore 17. Trasmette coppia ma non momento di inerzia. Se non ci fosse il giunto 11, il ramo pezzo 21 dovrebbe far vibrare circonferenzialmente anche tutta la massa rotorica del motore 17 per ottenere una misura, che risulterebbe pertanto filtrata. Tuttavia, l’esigenza di avere un giunto rigido rischia di trasferire momento di inerzia e ripple di coppia dal motore 17 al ramo di misura 23, pertanto è previsto il volano 19 che smorza il ripple del motore 17. Ovviamente tanto più è rigido il giunto 11, tanto migliore sarà la risposta in frequenza ma tanto minore sarà l’ampiezza del segnale. The joint 11 decouples the inertial moment of the measuring branch 23, ie that part of the piece branch 21 which carries the piece 1, from the inertial moment of the motor 17. It transmits torque but not the moment of inertia. If there were no joint 11, the piece branch 21 would also have to cause the entire rotor mass of the motor 17 to vibrate circumferentially to obtain a measurement, which would therefore be filtered. However, the need to have a rigid coupling risks transferring moment of inertia and torque ripple from the motor 17 to the measuring branch 23, therefore the flywheel 19 is provided to dampen the ripple of the motor 17. Obviously the more rigid the coupling is. 11, the better the frequency response but the smaller the signal amplitude.

Fra le possibili varianti di una apparecchiatura secondo l’invenzione, una soluzione che comprende un solo volano ed un solo giunto, nel ramo pezzo 21 o nel ramo master 22. Among the possible variants of an equipment according to the invention, a solution that includes a single flywheel and a single joint, in the piece branch 21 or in the master branch 22.

L’apparecchiatura di controllo fin qui descritta realizza dunque, ad esempio tramite un sensore quale l’accelerometro torsionale 7, il controllo di caratteristiche funzionali della parte meccanica dentata destinata all’impiego in un sistema più complesso, ad esempio un motore a scoppio o altre parti di un veicolo. In particolare, ove la parte meccanica dentata 1 sia compresa fra i componenti meccanici del motore o di altre parti di un veicolo, un metodo di controllo effettuato mendiante l’apparecchiatura fin qui descritta è impiegato nell’analisi NVH di tale veicolo, analisi che riguarda la confortevolezza del veicolo stesso. The control apparatus described up to now therefore performs, for example by means of a sensor such as the torsional accelerometer 7, the control of functional characteristics of the toothed mechanical part intended for use in a more complex system, for example an internal combustion engine or other parts of a vehicle. In particular, where the toothed mechanical part 1 is included between the mechanical components of the engine or of other parts of a vehicle, a control method carried out by means of the apparatus described up to now is used in the NVH analysis of this vehicle, an analysis which concerns the comfort of the vehicle itself.

Claims

CLAIMS 1. Control apparatus for checking the functional characteristics of a toothed mechanical part (1), comprising: • a first rotating spindle (3) which carries the toothed mechanical part (1) to be checked, • a first motor (17) connected to the first rotating spindle (3), • a first transmission system (11,13,15) between the first motor (17) and the first rotating spindle (3), • a master toothed piece (2) adapted to be meshed with the toothed mechanical part (1) to be checked, • a second rotating spindle (4) which carries the master toothed piece (2), • a second motor (14) connected to the second rotating spindle (4), • a second transmission system (8,10,12) between the second motor (14) and the second rotating spindle (4), and • a sensor (7) connected to the first rotating spindle (3), the apparatus further comprising a flywheel (20) connected to the second rotating spindle (4), and the first (11,13,15) and / or the second ( 8,10,12) transmission system comprising at least one elastic joint (11,12).

Control apparatus according to claim 1, comprising: • a first flywheel (19) connected to the first motor (17), and • a second flywheel (20) connected to the second spindle (4), • the first transmission system (11,13,15) comprising a first elastic joint (11) e • the second transmission system (8,10,12) comprising a second elastic joint (12).

3. Control apparatus according to claim 2, in which • the first flywheel (19) is arranged between the first motor (17) and the first elastic joint (11), and • the second flywheel (20) is arranged between the master toothed piece (2) and the second elastic coupling (12).

Control apparatus according to any one of the preceding claims, in which the sensor (7) is a torsional accelerometer.

Control apparatus according to any one of the preceding claims, in which the first (11,13,15) and the second (8,10,12) transmission system comprise pairs of pulleys (11,15; 8,12) and belts (13; 10) coupled to the pulleys (11,15; 8,12).

6. Control apparatus according to claim 5, in which said at least one elastic joint (11,12) is made in one of said pulleys (8,11,12,15).

7. Control method used in the NVH analysis of a vehicle that includes mechanical components, the method comprising a control of the functional characteristics of a toothed mechanical part (1) which is included in said mechanical components.

Control method according to claim 7, wherein said control of functional characteristics is carried out by means of an apparatus according to any one of claims 1 to 6.