ITMI932569A1

ITMI932569A1 - Procedimento e dispositivo per l'equilibratura dinamica di un rotore

Info

Publication number: ITMI932569A1
Application number: IT002569A
Authority: IT
Inventors: Gunther Himmler
Original assignee: Hofmann Maschb Gmbh
Priority date: 1992-12-04
Filing date: 1993-12-03
Publication date: 1995-06-03
Also published as: ITMI932569A0; JPH06281527A; DE4240787C2; IT1265383B1; DE4240787A1; US5481912A

Description

Descrizione dell?invenzione avente per titolo:

"PROCEDIMENTO E DISPOSITIVO PER L'EQUILIBRATURA DINAMICA DI UN ROTORE"

DESCRIZIONE

L'invenzione concerne un procedimento ed un dispositivo per l'equilibratura dinamica di un rotore, mediante equilibratura delle masse su due piani di equilibratura sul rotore, nel quale, in dipendenza da un comportamento di trasformazione, rilevato mediante cicli di prova e memorizzato, di un dispositivo di misurazione nel quale vengono determinati vettori dei valori di misura, quali effetti di uno squilibrio del rotore su piani di misurazione del dispositivo di misurazione, per l?equilibratura delle masse da eseguire sui due piani di equilibra-tura, vengono determinati, in un calcolatore dei piani, dai vettori dei valori misurati, vettori di compensazione.

Il sistema costituito dal rotore da equilibrare e dal suo supporto nel dispositivo di misurazione ? un sistema di ammortizzatori molla-massa, che viene eccitato dalla forza centrifuga degli squilibri, alla frequenza del rotore (regime di misurazione). Sui risultati delle misurazioni influiscono inoltre anisotropie dei cuscinetti ed altre caratteristiche meccaniche ed elettriche del dispositivo di misurazione. Da ci? risultano sfasamenti fra squilibri del rotore misurati ed effettivi. Ci? diviene chiaro nella separazione dei <' >piani, che indica 1 ' incidenza di uno squilibrio, presente su uno dei piani di equilibratura, su un'indicazione di squilibrio del dispositivo di misurazione sull'altro piano di equilibratura. Sarebbe ideale un'indicazione 0 sull'altro piano.

Scopo dell'invenzione ? creare un procedimento ed un dispositivo per l'equilibratura dinamica di un rotore del tipo citato all'inizio, con i quali venga ottenuta una migliore separazione dei piani.

Tale scopo si raggiunge, secondo l'invenzione, grazie al fatto che, durante un ciclo di misurazione, vengono determinati vettori di valori misurati, quali effetti di uno squilibrio del rotore, su piani di misurazione di un dispositivo di misurazione, che i vettori dei valori misurati vengono ruotati di angoli di sfasamento di correzione, specifici del rotore, dipendenti da parametri del rotore, che sono determinati in cicli di prova sul dispositivo di misurazione e sono stati memorizzati in curve caratteristiche, che, dai vettori dei valori misurati, cosi ruotati, vengono determinati, in un calcolatore di piani, vettori di compensazione per i piani di equilibratura sul rotore e che la compensazione degli squilibri, in base alla massa ed alla posizione angolare, viene eseguita sul rotore, sui piani di compensazione, in dipendenza dai vettori di compensazione cosi determinati.

La misurazione degli squilibri pu? essere odometrica (supporto flessibile del mandrino di misurazione), o dinamomentrica (supporto rigido del mandrino di misurazione), essendo in quest'ultimo caso le condizioni transfer del calcolatore dei piani basate su condizioni statiche di equilibrio. A causa della rotazione dei vettori dei valori misurati attorno all'angolo di sfasatura di correzione, si ottengono vettori corretti di valori misurati, che sono liberi da sfasamenti dipendenti dalla massa del rotore, dal momento di inerzia delle masse, dal 1?anisotropia del cuscinetto, da uno smorzamento causato dal cuscinetto, dal regime del rotore, specialmente quando esso si avvicina alla zona di risonanza, e da altre influenze. Gli angoli di sfasamento di correzione, specifici del rotore, possono essere determinati in cicli di misurazione sul dispositivo di misurazione ed essere memorizzati in famiglie di curve o, rispettivamente, famiglie di caratter istiche.

I vettori corretti dei valori misurati vengono inviati al calcolatore dei piani, che ? conformato in modo tradizionale e che trasmette, secondo un sistema lineare di equazioni che ? costruito tenendo conto della legge della leva, i vettori dei valori misurati corretti ai piani di equilibratura sul rotore, nei quali viene eseguita la compensazione degli squilibri. Questo sistema lineare di equazioni ? noto e spiegato in dettaglio, ad esempio, nel libro di K'iaus Federo "Tecnica dell'Equilibratura" ( "Auswuchttechi k "), volume 1?, Principi Generali, Procedimenti di Misurazione e Criteri di Massima, edizione 1977, pagine da 41 a 43, oppure in Hofmann Info 2 (stampato 05.88).

Nella determinazione della famiglia delle curve caratteristiche, possono essere misurati e memorizzati, in due o pi? cicli di misurazione, per pi? rotori di prova presentanti ciascuno uno squilibrio di prova e con diversi parametri dei rotori, ad esempio masse, dimensioni, momenti di inerzia delle masse, differenti distanze degli squilibri di prova dai piani di misurazione e regimi dei rotori, gli sfasamenti sui due piani di misurazione, rispetto alle posizioni angolari degli squilibri di prova, in dipendenza dai parametri dei rotori. Gli sfasamenti fra i vettori dei valori misurati ed i vettori degli squilibri di prova vengono rilevati specialmente in dipendenza da almeno due dei parametri, ad esempio dal regime di misurazione e dal momento di inerzia delle masse, sia durante la determinazione della famiglia di curve caratteristiche, sia durante la valutazione dei vettori dei valori misurati per la compensazione dinamica degli squilibri. Inoltre gli sfasamenti possono, in via supplementare, essere fatti dipendere da uno squilibrio medio delle coppie.

Per raggiungere il citato scopo, il dispositivo ? conformato, secondo l'invenzione, nel senso che fra i due trasmettitori di valori misurati, che forniscono i vettori dei yalori misurati, ed il quadro elettrico, che attua la trasformazione dei vettori dei valori misurati nei vettori di equilibratura, ? sistemato un calcolatore a matrice rotante, che ? collegato a memorie nelle quali sono memorizzati gli sfasamenti, specifici del rotore, fra i vettori dei valori misurati ed i vettori di compensazione, in dipendenza da almeno due parametri dei rotori. Il singolo calcolatore a matrice rotante, fra i trasmettitori di valori misurati ed il quadro elettrico, ruota i vettori dei vaiori misurati, di volta in volta degli angoli di sfasamento di correzione, che sono prelevati dalla famiglia di curve caratteristiche, contenuta nella memoria, ad esempio in dipendenza dal momento di inerzia delle masse, dalla distanza dei rispettivi piani di equilibratura del rotore da equilibrare dai piani di misurazione,o dal regime del rotore.

L?invenzione viene spiegata ancor pi? dettagliatamente,sulla base dei disegni,con riferimento ad una forma di realizzaiione. Mostra:

figura 1- schematicamente un dispositivo per la misurazione di squilibri, con connesso dispositivo di valutazione dei segnali di misurazione, in uno schema a blocchi;

figura 2 - schematicamente una famiglia di curve caratteristiche, memorizzate in aree differenti di memorie utilizzate nell?esempio di realizzazione rappresentato,e

figura 3 - una rappresentazione schematica del funzionamento del contatore a matrice rotante.

Nel dispositivo di misurazione rappresentato nella figura 1,un rotore 3 da misurare,ad esempio una ruota di autoveicolo, ? fissato, tramite un dispositivo di fissaggio noto non rappresentato in dettaglio, su un mandrino 9 di misurazione. In punti di supporto del mandrino 9 sono previsti trasmettitori 1e 2 dei valori misurati. Il dispositivo di misurazione degli squilibri rappresentato ? costituito da una cosiddetta macchina equilibratrice a supporto rigido, che rileva, tramite i trasmettitori di valori misurati (trasmettitori della misurazione delle forze), nel campo di velocit? subcritico i segnali di misurazione necessari per la compensazione degli squilibri. Nel dispositivo di misurazione rappresentato, si ha un sistema di supporto volante del rotore 9, in cui entrambi i piani E1 ed E2 di equi1ibratura si trovano al di fuori dei piani di supporto o, rispettivamente, di misurazione e che trova regolare applicazione nell?equilibratura di ruote di autoveicoli. Il dispositivo ed il procedimento possono comunque essere utilizzati anche per macchine equilibratrici che funzionino in modo ipercritico.

Per la compensazione degli squilibri viene eseguita, su piani E1 ed E2 sul rotore 8, un'equilibratura delle masse, ad esempio aggiungendo pesi di compensazione nel caso di ruote di autoveicoli. Il piano E1 superiore di equilibratura possiede, rispetto al piano superiore di misurazione sul quale ? sistemato il trasmettitore 1 di valori misurati, una distanza b. Il piano E2 inferiore di equilibratura possiede, rispetto al piano superiore di misurazione una distanza a. I due piani di misurazione, nei quali sono sistemati i trasmettitori 1 e 2 di valori misurati, possiedono una distanza reciproca c. Queste distanze sono indicate con 1 nella figura 2.

I due trasmettitori di valori misurati sono collegati ad un circuito 11 di valutazione, nel quale i segnali elettrici d?uscita dei trasmettitori 1 e 2 dei valori misurati vengono combinati con il segnale d?uscita di un trasmettitore 10 di riferimento angolare, a formare vettori di valori misurati. Simili circuiti, che funzionano secondo il principio di un raddrizzamento sensibile alle fasi, o secondo un procediemnto a wattmetri, od un procedimento di auto-tracking Hofmann-Info 2, "Procedimenti di misurazione nella tecnica dell'equilibratura ("Mesverfahren in der Auswuchttechnik") , stampata 05.88, sono noti.

Sulla base del comportamento tecnico-oscillatorio del sistema costituito dal rotore e dal supporto del rotore, che ? un sistema di ammortizzatori molla-massa, si ottengono, durante il rilevamento d? uno squilibrio del rotore sui piani di misurazione, sui quali giacciono i due trasmettitori 1 e 2 di valori misurati, sfasamenti che dipendono anche dall'anisotropia del supporto e dalle caratteristiche meccanico-elettriche del dispositivo di misurazione, e specialmente dei trasmettitori 1 e 2 di valori misurati e dal loro accoppiamento con il mandrino 9 d? misurazione.

Per compensare tali sfasamenti, che causano un'alterazione dei valori misurati e quindi dei vettori dei valori misurati (grandezza e posizione angolare dello squilibrio), determinati nel dispositivo 11 di valutazione, al dispositivo 11 di valutazione sono collegati contatori 3 e 4 a matrice rotante, che ruotano nella loro fase i due vettori MI e M2, forniti dal dispositivo 11 di valutazione, in modo tale per cui gli sfasamenti, che alterano i valori misurati, vengono compensati. Corrispondenti angoli di torsione sono memorizzati, nella forma di famiglie di curve caratteristiche, nelle memorie 5 e 6, che sono collegate ai calcolatori 3 e 4 a matrice rotante. Le famiglie di curve contenute nelle due memorie 5 e 6 vengono ottenute nel corso di cicli di prova, che vengono eseguiti su rotori dotati di squilibri di prova. In tali rotori di prova sono previsti, su piani corrispondenti ai piani E1 ed E2 di compensazione, squilibri di prova, la cui grandezza e posizione angolare ? nota. Tali squilibri di prova vengono applicati su diversi rotori, con differenti masse e momenti di inerzia delle masse, attorno all'asse del rotore e su diversi piani di equilibratura, vale a dire a diverse distanze rispetto ai piani di misurazione sui quali si trovano i trasmettitori 1 e 2 di valori misurati. Gli squilibri di prova corrispondono, per un determinato tipo di rotore, ad uno squilibrio U medio da attendersi. Dapprima vengono rilevati, per il trasmettitore 1 di valori misurati in dipendenza dalle distanze 1 (a, b, c nella figura 1) dei piani di equilibratura dal trasmettitore ? di valori misurati, gli sfasamenti ?1, nella forma di una curva. Inoltre simili curve vengono rilevate per rotori con masse diverse. Si ottiene in tal modo una famiglia di curve per gli sfasamenti al... ai... an per n diversi tipi di rotori. Nelle curve caratteristiche possono inoltre essere compresi i momenti J di inerzia delle masse e diversi numeri o3 di giri misurati. Si ottengono cosi

caratteristiche, per i = l...n, come rappresentato nella figura 2. Tali curve caratteristiche vengono archiviate nella memoria 5, in diverse aree. I momenti di inerzia delle masse sono costituiti dai momenti attorno a singoli assi dei momenti, aventi andamento perpendicolare all'asse di rotazione del rotore 8.

Lo stesso procedimento viene eseguito per la determinazione.di

caratteristiche, per i = l...n, per il

trasmettitore 2 di valori misurati, e la corrispondente famiglia di curve caratteristiche viene archiviata in diverse aree della memoria 6. Nella figura 2, le famiglie di curve caratteristiche sono rappresentate graficamente. Per interpolazione delle diverse curve caratteristiche ottenute, si ottiene una superficie di curve caratteristiche, sicch? vengono ottenuti, dalle memorie 5 e 6, per tipi di rotori da equilibrare e sulla base della massa nota per il singolo rotore e delle distanze prestabilite dei piani di equilibratura dai piani di misurazione, sui quali sono sistemati i trasmettitori 1 e 2 di valori misurati, i corrispondenti valori a e b . Nella figura 2 sono schematicamente rappresentate tre curve caratteristiche,rappresentanti la famiglia di curve caratteristiche. I due calcolatori 3 e 4 a matrice rotante comprendono una matrice T e T rotante.

3

I valori per gli angoli a,o rispettivamente /3, di rotazione si ricavano, come sopra spiegato, in dipendenza dalla rispettiva massa,o rispettivamente dal rispettivo momento di inerzia delle masse,e dalle distanze dei piani di equilibratura sul rotore da equilibrare,sui quali vengono inseriti i pesi di compensazione,o rispettivamente sui quali viene eseguita l'equilibratura delle masse.

Nei calcolatori 3 e 4 a matrice rotante, i vettori MIe M2, forniti dal dispositivo 11 di valutazione (formatore di vettori), vengono ruotati dei corrispondenti angoli oc e f3 ,sicch? si ottengono

Per la determinazione dei vettori U1 ed U2 di compensazione, i due vettori MI ed M2 di valori misurati vengono ruotati di valori ? e l3 m m medi di angoli di rotazione, che vengono formati dai formatori 12 e 13 di valori medi, dagli angoli di sfasamento di correzione prelevati dalle memorie 3 e 4, sicch? vengono ottenuti i vettori M?1 e M'2 dei valori misurati, compensati dagli errori di angoli di rotazione, per la determinazione dei vettori U1 e U2 di compensazione.

Per un tipo di rotore mostrato nella,figura 1, con le distanze a, b, a+c, b+c di equilibratura dai piani di misurazione sui quali si trovano i trasmettitori 1 e 2 di valori misurati, i rispettivi angoli di rotazione vengono determinati, quali valori 3 medi degli angoli di rotaz ione, i n base al le equaz i oni

misurazione, ? il valore angolare, prelevato dalla famiglia di curve, della distanza b del secondo piano E1 di equi 1 i bratura dal primo piano di misurazione, ? il valore angolare, prelevato dalla famiglia di curve, della distanza <a+c) del primo piano E2 di equilibratura dal secondo piano di misurazione, ? il valore angolare, prelevato dalla famiglia di curve, della distanza (b+c) del secondo piano E1 di equi1ibratura dal secondo piano di misurazione.

Nella figura 3 ? illustrata la determinazione del vettore U1 di compensazione sul piano E1 di equilibratura. I due formatori 12 e 13 di valori medi forniscono i valori medi degli angoli Di tali angoli di correzione vengono ruotati i due vettori MI e M2 dei valori misurati. I due vettori ?'1 e M'2 dei valori misurati, compensati degli errori degli angoli di rotazione, si trovano su un piano GE comune, sul quale si trova anche il vettore U1 di compensazione, che indica la massa di equi1ibratura e la posizione angolare della massa di equi1ibratura. Come gi? spiegato, la determinazione del vettore U1 di compensazione ha luogo nel calcolatore 7 dei piani, che calcola in base a condizioni transfer tradizionali. Nel caso di una macchina misuratrice delle forze, tali condizioni transfer del calcolatore dei piani si basano su condizioni statiche di equilibrio. La determinazione del vettore U2 di compensazione sul piano E2 di equilibratura del rotore 8 ha luogo nello stesso modo, mentre dalle due memorie 5 e 6 vengono forniti, tramite i formatori 12 e 13 di valori medi, gli angoli a e |3 Anche qui ha m2 m2

luogo allora una rotazione dei vettori dei valori misurati, pari all'angolo di sfasamento di correzione, su un piano comune, che si distingue di norma dal piano determinato nella figura 3 per il vettore U1 di compensazione e sul quale giace il vettore U2 di compensazione, determinato definitivamente dal calcolatore 7 dei piani.

I vettori M?1 (x?1, y?1) e M?2 (>;?2, y?2) dei valori misurati, compensati dell'errore dell'angolo di rotazione, vengono inviati ad un calcolatore a quadro o, rispettivamente, ad un calcolatore 7 dei piani, nel quale vengono calcolati i vettori U1 e 1)2 di compensazione. I vettori di compensazione comprendono le equilibrature di masse da eseguire sui piani E1 ed E2 di equilibratura e le posizioni angolari nelle quali devono essere eseguite le equilibrature delle masse, ad esempio aggiungendo adeguati pesi di compensazione. Per il fatto che al calcolatore 7 elettrico a quadro vengono inviati vettori di valori misurati, che sono liberati da alterazioni risultanti da trasformaz ioni di fase, si ottiene una migliore separazione dei piani, nella determinazione delle masse di compensazione, che devono essere applicate sul rotore 8 da equilibrare, in corrispondenti posizioni angolari, sui piani E1 ed E2 di equi1ibratur a. Il calcolatore dei piani trasforma, in modo tradi zionale, tenuto conto della legge della leva, i due vettori MI? e M2' compensati dei valori misurati, dai piani di misurazione, sui quali sono sistemati i trasmettitori 1 e 2 di valori misurati, nei piani E1 ed E2 di equi1i bratura (Hofmann Info 2, stampato 05.88). Da tale trasformazione si ottengono i vettori U1 ed U2, che indicano le masse di compensazione e le posizioni angolari nelle quali deve essere eseguita la compensazione sul rotore.

Claims

RIVENDICAZIONI- 1. Procedimento per l'equilibratura dinamica di un rotore, in due piani di equilibratura sul rotore, con le seguenti fasi: - durante un ciclo di misurazione vengono determinati vettori di valori misurati, quali effetti di uno squilibrio del rotore, su piani di misurazione di un dispositivo di misurazione; - i vettori dei valori misurati vengono ruotati di angoli di sfasamento di correzione, specifici del rotore, dipendenti da determinati parametri del rotore, che sono determinati in cicli di prova sul dispositivo di misurazione e sono memorizzati in una famiglia di curve caratteristiche; dai vettori corretti dei valori misurati, cos? ruotati, vengono determinati, in un calcolatore di piani, vettori di compensazione per i piani di equilibratura sul rotore; e in dipendenza dai vettori di compensazione, l'equilibratura delle masse, cos? determinata, viene eseguita sui piani di equilibratura, nelle corrispondenti posizioni angolari.
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la famiglia di curve caratter isti che viene determinata in dipendenza da almeno due dei parametri del rotore, vale a dire massa del rotore, dimensioni geometriche del rotore, posizioni dei piani di equilibratura e regime del rotore.
3. Procedimento secondo le rivendicazioni 1 o 2, caratterizzato dal fatto che, per la determinazione della famiglia di curve caratteristiche per pi? rotori di prova, ciascuno presentante uno squilibrio di prova, con parametri dei rotori differenti, vengono misurati e memorizzati gli sfasamenti sui due piani di misurazione, rispetto alle posizioni angolari degli squilibri di prova, in dipendenza dai parametri del rotore.
4. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che la dipendenza degli sfasamenti fra i vettori di valori misurati ed i vettori di compensazione viene inoltre rilevata e memorizzata per uno squilibrio medio dei momenti.
5. Dispositivo per valutare segnali di misurazione che rappresentano vettori di misurazione, i quali vengono forniti, quali effetti di uno squilibrio di un rotore, da due trasmettitori dei valori misurati, su diversi piani di misurazione in un dispositivo di misurazione degli squilibri, con un calcolatore dei piani, che compie una trasformazione dei vettori di misurazione in vettori di compensazione per una compensazione degli squilibri su due piani di equilibratura, caratterizzato dal fatto che, fra i due trasmettitori <1, 2) di valori misurati ed il quadro (7) elettrico, sono inseriti di volta in volta calcolatori (3, 4) a matrice rotante, che sono collegati ciascuno ad una memoria (5, 6), nella quale sono memorizzati, quale famiglia di curve caratteristiche, sfasamenti, specifici del rotore, fra i vettori dei valori misurati ed i vettori di compensazione, in dipendenza da determinati parametri dei rotori, mentre i due calcolatori (3, 4) a matrice rotante ruotano i vettori di misurazione, forniti dai trasmettitori (1, 2) di valori di misura, di rispettivi angoli di sfasatura, che sono prelevati, in dipendenza da almeno due parametri del rotore della famiglia di curve caratteristiche contenuta nelle memorie (5, 6).
6. Dispositivo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che, per un tipo di rotore con le distanze a, b, ed a+c, b+c di equilibratura dai piani di misurazione, i rispettivi angoli di rotazione vengono determinati, quali valori ? e )? medi degli angoli di rotazione m m rotazione, i n base al l e equazioni

dove ? ? il valore angolare, prelevato dalla famiglia di curve, della distanza a del primo piano di equilibratura dal primo piano di misurazione, a ? il valore angolare, prelevato dalla famiglia di curve, b della distanza b del secondo piano di equil ibratura dal primo piano di misurazione, ? il valore angolare, prelevato dalla famiglia di curve, della distanza (a+c) del primo piano di equilibratura dal secondo piano di misurazione, ? il valore angolare, prelevato dalla famiglia di curve, della distanza (b+c) del secondo piano di equilibratura dal secondo piano di misurazione.