JP2004317501A - 不釣合い測定装置および不釣合い測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転体１の釣合わせ精度を向上し、釣合わせに必要な時間を短縮すること。 【解決手段】回転体１を静力学的な流体により軸受する軸受装置を有する不釣合い測定装置とする。軸受装置は、回転体の回転軸外周面を受ける２つの少なくとも開口した、流体が供給される軸受シェル１１、１１′を有する。また、回転体の回転軸端部に当接された、流体が供給される２つの軸受プレート１２、１２′を有する。駆動装置５は、回転体１の不釣合い測定プロセスの際切り離され、好ましくは、経時的に変化する回転体１の回転挙動の下で測定プロセスを行う。
【選択図】 図１

Description

この発明は、回転体を静力学的に流体で軸受する軸受装置と、回転体の回転挙動を変化させる装置と、回転体の不釣合いの作用を測定プロセスで検出する測定変換器と、基準信号を発生する装置と、測定変換器から送られた信号を基準信号に関係付けて評価する装置とを備えた回転体の不釣合い測定装置、および不釣合い測定方法に関する。

ＥＰ０１０４２６６Ａ１（対応出願：特公平４−４０６５０号公報：特許文献１）に記載の不釣合い測定装置および方法が知られている。それによると、中心に孔を有する回転体を、高精度の釣合い体として釣合わせること（不釣合い修正をすること）ができる。さらに、回転体の中心孔を釣合い試験機の軸受マンドレルにセットし、軸受流体として空気が使用される。空気は、回転体の中心孔およびその中心孔に挿入されている軸受マンドレルの互いに対向した面（回転体の孔の内周面とマンドレル軸外周面）との間に供給される。これにより、回転体の孔の内周面、および／または軸受マンドレルの外表面の形状の歪みは空気層により吸収されて、回転体にとって安定な回転軸が得られる。よって、回転体の孔の内周面および軸受マンドレルの外周面の加工精度が原因となる欠陥は現れない。
特公平４−４０６５０号公報

ところが、中心孔を有する回転体ではなく、たとえば電機子のように回転中心となる軸または軸受ジャーナルを有する回転体に対しては、従来、回転体のための流体静力学的な軸受は用いられていなかった。
しかし、現在、電機子、タービンの回転子のような、特に高速で回転する小型の回転体の釣合わせには高精度の釣合わせが要求されている。また、回転体を釣合わせるための加工・製造プロセスにおけるサイクルタイムの短縮が要求されている。

そこでこの発明は、高速で回転する小型の回転体の釣合わせが改良され、同時に、釣合わせるために必要な時間を短縮できる不釣合い測定装置およびその方法を提供することを主たる目的とする。
上記目的を達成するための本願の請求項１に係る発明は、回転体を静力学的な流体で軸受する軸受装置と、回転体の回転挙動を変化させる装置と、回転体の不釣合いの作用を測定プロセスで検出する測定変換器と、基準信号を発生する装置と、測定変換器から送られる信号と基準信号とを利用して評価する評価装置とを備えた回転体の不釣合い測定装置において、
上記軸受装置は、回転体の回転軸外周面を受ける少なくとも２つの開口した、流体が供給される軸受シェルを有することを特徴とする不釣合い測定装置である。

本願の請求項２に係る発明は、上記軸受装置は、さらに、回転体の回転軸端部に当接され、流体が供給される少なくとも１つの軸受プレートを有することを特徴とする、請求項１記載の不釣合い測定装置である。
本願の請求項３に係る発明は、上記不釣合い測定装置には、回転体の回転挙動を検出する装置が設けられ、上記回転体の回転挙動を変化させる装置は、測定プロセスの間回転体から切り離されて、測定プロセスが行われることを特徴とする請求項１または２記載の不釣合い測定装置である。

本願の請求項４に係る発明は、回転体が不釣合い測定装置の静的な流体による軸受に軸支されており、その状態で回転運動する回転体の不釣合いを測定する方法であって、回転体が、半径方向で少なくとも２つの空気静力学的な軸受で軸支され、かつ、軸方向で少なくとも１つの空気静力学的な軸受で所定の位置に軸支され、測定プロセスの際、回転体の回転挙動が影響されず、測定プロセスが計時的に一定な回転挙動の状態で行われることを特徴とする不釣合い測定方法である。

上記軸受シェルは、交換可能に軸受装置に配置され、特に異なった流体管路を有した交換される軸受シェルを該軸受装置に流体を漏らすことなしに接続できる流体供給システムを該軸受装置が有しているのが好ましい。
また、軸受プレートは、軸受装置に、または不釣合い測定装置の非振動性構成部分に交換可能に配置され、特に異なった流体管路を有した交換される軸受プレートを軸受装置または上記非振動性構成部分に液体を漏らすことなしに接続できる流体供給システムを、軸受装置または非振動性構成部分が有することが好ましい。

さらに、回転体の回転軸端面の両方を間に入れた、流体が供給される２つの軸受プレートが設けられているのが好ましい。
また、回転挙動を変化させる装置は、ベルト駆動装置であり、そのベルトが本質的に互いに対向した回転体の２つの位置に当接可能であることが好ましい。
さらにベルト駆動装置は、変化可能な開き角度を持つＶ型領域を有し、その内部に回転体が配置される構成であることが好ましい。

この発明によれば、回転体を軸方向だけではなく半径方向にも、流体軸受（ガスもしくは空気またはガス混合物もしくは空気混合物を使用して空気静力学的に軸支する軸受）によって軸支することができる。そして、加速または減速をするための駆動装置は、不釣合い測定プロセスの際に回転体から切り離される。そして、たとえば始動の間の回転挙動が経時的に変化する際に、または、回転挙動が経時的に一定の際に、測定プロセスが決定される。軸方向に対応した、流体が供給される軸受プレート面に回転体の回転軸端面を支持することにより、水平方向に配置される回転体の回転軸が、軸方向の回転体の軸受位置に非常に正確に置かれる。これは、軸受プレートに対する回転体の軸受の位置決めが流体技術的に行われるからである。

この発明では、望ましい高精度の測定が上記の処置により非常に短時間内で達成できるという効果を奏する。
本発明により、回転体は力やモーメントで妨害されることなく軸支されて測定される。よって従来の技術に比較して著しく向上した測定結果が得られる。
測定回転数が一定でない場合の回転体の不釣合いを測定することは、たとえばＥＰ０５９０１６９Ａ１（対応特許：米国特許５，４０６，８４６）に開示されてはいるが、この開示からは、この発明の技術に従って回転体を軸支し、回転させることに関する示唆を引き出すことはできない。

この発明のさらなる態様では、軸受装置の流体供給システムが交換可能である。すなわち、軸受シェルが、交換可能に軸受装置に配置されている。流体供給システムは、各軸受シェルが有する異なった流体管路に対し、密な接続が可能である。それによって、軸受装置の標準化と不釣合い測定装置のモジュール組立を有利に行うことができる。
軸受プレートは、軸受装置または不釣合い測定装置の非振動性構成部分に配置される。また、特に異なった流体管路を有した、交換される軸受プレートの流体に対する密な接続が可能な流体供給システムを有する。この流体供給システムは、軸受シェルと同様に、軸受プレートを交換可能にする。この場合の利点は、軸受シェルだけではなく、軸受プレートにも、流体を供給するための共通の流体供給システムを使用できることである。

なお、軸受プレートは、不釣合いを誘起する振動を起こす不釣合い測定装置の一部、たとえば、軸受台または軸受ブリッジに配置することができる。あるいは、ベルトのような不釣合い誘起振動の影響下にない構成部分に配置することもできる。
回転体を定められた位置に軸受することは、２つの軸受プレートを配置し、それらの間に回転体の回転軸端面を配置することにより容易に行える。回転体の軸方向での正確な位置決めは、軸受プレートの軸受面において、軸受プレートと回転体の軸端面との間の空間を流れる流体により、流体技術的に行われる。

好ましくは、回転挙動を変化させるための装置を、ベルト駆動装置として形成し、そのベルトは本質的に互いに対向している回転体の２つの位置に当てることができる。それによって、回転体を加速または制動する間、回転体にはごく僅かしか斜め方向の力が作用せず、これは空気力学的な軸支をほとんど妨げるものではない。
またベルト駆動装置に変更可能な開き角度を有するＶ型領域を設け、その内部に回転体を配置するという構成は、組み立てに関して、および、設置または回転体からベルトの進路の方向を変える操作に関して、有利である。さらに、流体操作または電気的に操作される調整装置を使用でき、その調整動作は簡単に自動化することができる。

以下、この発明を図面に示した実施形態に基づき詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る不釣合い測定装置の略図であり、図２は、図１の不釣合い測定装置の側面図である。
図１および図２を参照して、不釣合い測定装置は、振動ブリッジ２を有し、その上に、不釣合い測定される回転体１が回転可能に軸受装置により軸支されている。図示の場合、回転体１は電機子である。

振動ブリッジ２は、通常の場合、４本の支持ばね３を介して振動可能に台枠４に支持されている。回転体１は、ベルト駆動装置５により回転され、また、測定プロセスに従って制動される。不釣合いを有する回転体１が回転することにより誘起される不釣合い振動は、振動ブリッジ２の振動として現れ、これは、少なくとも１つの測定変換器６によって測定される。そしてその測定結果は回転体１の不釣合い測定に利用される。測定プロセスの間、ベルト駆動装置５は回転体１から切り離される。

振動ブリッジ２上には回転体１の回転軸を水平にして軸受するための軸受装置が備えられている。軸受装置は、回転体１の２つの軸受位置１０、１０′のための軸受構成部分を有する。具体的には、回転体１（電機子）の両側のジャーナル（回転軸）を水平方向に支持するための２つの軸受シェル１１、１１′が設けられている。軸受シェル１１、１１′は、振動ブリッジ２上に立設されたサポート１３、１３′上端に取り付けられている。

軸受シェル１１、１１′の構成は、図３の、不釣合い測定装置の軸受部分の略図に示されている。すなわち、軸受シェル１１、１１′は、上方が開口した半円筒状の軸受部を有し、半円筒状の軸受部に流体を供給するための流体管路２１、２１′が内蔵されている。流体管路２１、２１′は、半円筒状の軸受表面に開口しており、空気静力学的に軸受するためのガスもしくは空気またはガス混合物もしくは空気混合物を半円筒状の軸受表面に供給するために使用される。

軸受シェル１１、１１′は、サポート１３、１３′の上部に交換可能に固定されている。より具体的には、サポート１３、１３′の上部には、半円形に切り取られた凹部が形成されており、この凹部内に軸受シェル１１、１１′が嵌合されている。サポート１３、１３′内には、それぞれ、外部に連結可能な流体配管２０および流体配管２０から分岐した２つの分岐管２０ａ，２０ｂが備えられている。分岐管２０ａ，２０ｂの上端は、サポート１３、１３′に形成された半円形の凹部に臨んでおり、この凹部に軸受シェル１１、１１′が嵌め込まれた時、分岐管２０ａ，２０ｂは軸受シェル１１、１１′に形成された流体管路２１、２１′と流体密的に連結される。

それゆえ、流体配管２０から流体を供給して、流体管路２１、２１′の上方開口から円筒状軸受表面に流体を供給することができる。
図１を再度参照して、回転体１を水平方向の所定位置に支持するために、回転体１の両側へ突出するジャーナルの先端面それぞれに対し、軸受プレート１２、１２′が対応して配置されている。これら軸受プレート１２、１２′は、軸受シェル１１、１１′と同様に、内部に流体管路を有し、流体管路の先端は、軸受プレート１２、１２′とジャーナル端面との対向面に開口している。そしてこれら流体管路から、空気静力学的に軸受するためのガスもしくは空気またはガス混合物もしくは空気混合物が軸受プレート１２、１２′とジャーナル端面との間に供給される。

軸受プレート１２、１２′の軸受面（電機子のジャーナル端面に対向して当接する面）は、ジャーナル端面と相補う形状に形成されている。たとえば回転体１のジャーナル端面が球状に膨らんでいる場合、軸受プレート１２、１２′は、球状の膨らみを受け入れるように、球状に対応して形成された半球状の窪みを有している。また、回転体１のジャーナル端面が平面の場合、軸受プレート１２、１２′は平面の軸受面を有する。

図示されていないが、好ましくは軸方向に平行に流出する流体が、回転体１のジャーナルの端面に必要に応じて設けられた中央孔領域に衝突しないように、軸受プレート１２、１２′の軸受面には流体管路の出口開口が配置されている。この出口開口は、軸受プレート１２、１２′の軸受面において、回転体１のジャーナル端面に常に対向している。これにより、流体技術的に回転体のジャーナル端面を軸受プレート１２、１２′の軸受面に、もしくは、該軸受面に関して固定あるいは拘束させ、それによって確実に回転体１を軸方向に正確に位置決めできる。

両方の軸受プレート１２、１２′および両方の軸受シェル１１、１１′は、図１において、記号Ｆで示された位置から流体を供給するための配管を有している。そしてこの配管は共通の流体供給源に接続できるようになっている。回転体１を垂直方向および水平方向に支持することに関して、たとえば、流体管路中の絞り位置に関して多様な方法が流体技術的に考慮できる。すなわち、流体の供給量は、配管中に絞りを配置することによって、その量を制御できる。

異なる種類の回転体１に適合できるように、軸受シェル１１、１１′だけではなく、軸受プレート１２、１２′も交換可能にサポート１４、１４′に取り付けられている。これらサポート１３、１３′および１４、１４′は、共に、軸受ブリッジ２に立設されている。サポート１３、１３′、１４、１４′は、流体配管を有し、それらの開口が、多様に形成された軸受シェル１１、１１′と多様に形成された軸受プレート１２、１２′の流体配管の開口に密閉して合わさるように形成されている。

図３を参照して、この点を再度説明すると、標準的な部品の場合、軸受ブリッジ２に固定されたサポート１３、１３′に、２つの分岐管２０ａ，２０ｂを有する流体配管２０が設けられ、これらの分岐管２０ａ、２０ｂは、半円筒状の軸受シェル１１、１１′の２つの流体管路２１、２１′に流体に対して密に接続されている。図示されていないが、サポート１４、１４′としてさらなる標準的な構成部分が、それぞれの軸受プレート１２、１２′に対応した方法で形成される。

回転体１を駆動または制動するためにベルト駆動装置５が使用される。図２には、このベルト駆動装置５を回転体の周囲に接して配置することが可能な実施態様が示されている。図２では、破線状態にしたときベルト駆動装置５は回転体１から切り離され、実線状態では回転体１を駆動するために回転体１の周面に接する。
図４は、釣合わされる回転体１を加速または制動するためのベルト駆動装置５の構成を示す図である。図４に示された実施態様では、ベルト駆動装置５は、２つのほぼ互いに対向した回転体１の周囲表面に当接することが可能である。これは、流体力学的な軸支の応力に関して、回転体１に同等の負荷を与えることを意味する。さらに、ベルト駆動装置５は、Ｖ型の断面５′を有し、その内部に回転体１が配置される。Ｖ型の断面５′の両方の脚部は、設置または回転体の周囲から取り外すために方向を変えることができる。

ベルト駆動装置５の代わりに、たとえば、電磁駆動装置、空気を用いた駆動装置（空気を回転体１に吹き付けることにより回転体１を回転させる駆動装置）、または形状が定まった結合可能な駆動装置のような、回転体１を加速または制動するための他の適切な種々の駆動装置が使用できる。その際、駆動装置５は、測定プロセスのために切り離し可能であり、従って回転体１が妨害される力またはモーメントを受けずに回転することが、この発明において重要なことである。回転体１を経時的に一定の、または経時的に変化する回転挙動の下で、不釣合い測定を行うことができる。これによって、多様に形成された測定装置および評価装置を使用することが可能になる。

回転挙動が経時的に一定の状態で測定する場合とは、たとえば、空気ノズルによって回転体に空気を吹き付け、回転体を一定の回転に保った状態で測定する場合を言う。この場合、空気ノズルは、回転体１に対して、回転を妨害する力またはモーメントを加えないので、回転体１が一定の回転に保たれる。
振動ブリッジ２上で回転体を支持する別の方法として、例えば、２つの軸方向に間隔を置いた軸受台に回転体１を半径方向で支持することができる。軸受シェルを有する各軸受台の上部領域は、ばね付きの要素を介して不釣合い測定装置の台枠に支持され、軸受シェルを有するその上部領域で不釣合いが誘起される振動が起きる。その軸方向の支持部は、軸受台の上部領域に結合でき、それとは別に、不釣合い測定装置の台枠に共振しないように配置することもできる。

その他、この発明は、特許請求の範囲記載の範囲内において種々の変更が可能である。

この発明の一実施形態に係る不釣合い測定装置の略図である。 図１の不釣合い測定装置の側面図である。 この発明の一実施形態に係る不釣合い測定装置の軸受部分の略図である。 釣合わされる回転体を加速または制動するためのベルト駆動装置の構成例である。

符号の説明

１ 回転体
２ 振動ブリッジ
３ 支持ばね
４ 台枠
５ ベルト駆動装置
６ 測定変換器
１０、１０′ 軸受位置
１１、１１′ 軸受シェル
１２、１２′ 軸受プレート
１３、１３′ サポート
１４、１４′ サポート
２０ 流体配管
２０ａ、２０ｂ 分岐管
２１、２１′ 流体管路

Claims (4)

1. 回転体を静力学的な流体で軸受する軸受装置と、回転体の回転挙動を変化させる装置と、回転体の不釣合いの作用を測定プロセスで検出する測定変換器と、基準信号を発生する装置と、測定変換器から送られる信号と基準信号とを利用して評価する評価装置とを備えた回転体の不釣合い測定装置において、
   上記軸受装置は、回転体の回転軸外周面を受ける少なくとも２つの開口した、流体が供給される軸受シェルを有することを特徴とする不釣合い測定装置。
2. 上記軸受装置は、さらに、回転体の回転軸端部に当接され、流体が供給される少なくとも１つの軸受プレートを有することを特徴する、請求項１記載の不釣合い測定装置。
3. 上記不釣合い測定装置には、
   回転体の回転挙動を検出する装置が設けられ、
   上記回転体の回転挙動を変化させる装置は、測定プロセスの間回転体から切り離されて、測定プロセスが行われることを特徴とする請求項１または２記載の不釣合い測定装置。
4. 回転体が不釣合い測定装置の静的な流体による軸受に軸支されており、その状態で回転運動する回転体の不釣合いを測定する方法であって、
   回転体が、半径方向で少なくとも２つの空気静力学的な軸受で軸支され、かつ、軸方向で少なくとも１つの空気静力学的な軸受で所定の位置に軸支され、
   測定プロセスの際、回転体の回転挙動が影響されず、測定プロセスが計時的に一定な回転挙動の状態で行われることを特徴とする不釣合い測定方法。

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