JPH04315936A - 回転体のアンバランス量測定装置 - Google Patents

回転体のアンバランス量測定装置

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JPH04315936A
JPH04315936A JP8242591A JP8242591A JPH04315936A JP H04315936 A JPH04315936 A JP H04315936A JP 8242591 A JP8242591 A JP 8242591A JP 8242591 A JP8242591 A JP 8242591A JP H04315936 A JPH04315936 A JP H04315936A
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JP
Japan
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rotating body
amount
acceleration
unbalance
vibration
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JP8242591A
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English (en)
Inventor
Tsutomu Goto
勉 後藤
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービンやターボ
チャージャー等に使用される高速回転体の動バランス修
正のためアンバランス量を測定する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の回転体の動バランスを修正する装
置として、例えば特開昭59−107233号公報に示
すようなものがある。即ち、相対回転位置を修正自由な
2つの回転体 (例えばターボチャージャーにおけるタ
ービンホイールとコンプレッサインペラ) を、任意の
相対回転位置で回転させて、回転体全体の振動レベルを
検出し、該振動レベルが許容範囲外であるときに、2つ
の回転体を90° (許容範囲を大きく超えるとき) 
又は45° (許容範囲を少し超えるとき) 位相をず
らせて再度回転させる操作を行って許容範囲内となるま
で該操作を繰り返して修正する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の動バランス修正装置にあっては、2つの回転
体の相対回転位置を90°又は45°ずつ変えて複数回
試行錯誤を行って修正するものであり、2つの回転体の
振動の角位相が不明であるため最初は逆向きに位相をず
らしてしまうことがある等して試行回数が増えがちであ
った。
【0004】また、ターボチャージャーのように作動回
転数が広範囲に変化する回転体の場合には、低回転域と
高回転域とで設定した2つの設定回転数で動バランスを
修正する必要があるが、その場合、両設定回転数で振動
レベルを許容範囲内に満たすことが必要となるため、試
行回数が大きく増大してしまうこととなる。更に、2つ
の回転体の相対回転位置を変えるだけでは、振動レベル
を許容範囲内に抑えることができないような場合も考え
られる。
【0005】本発明はこのような従来の問題点に鑑みな
されたもので、1回の試行で回転体のアンバランス量を
角位相も含めたベクトル量として測定することができ、
以て短時間でかつ高精度に動バランスの修正が可能な回
転体のアンバランス量測定装置を提供することを目的と
する。
【0006】
【課題を解決するための手段】このため本発明は図1に
示すように、回転体の基準回転角位置に対する角位相を
検出する角位相検出手段と、回転体の回転時に複数箇所
に生じる振動加速度を夫々前記角位相との組み合わせに
よるベクトル量として検出する振動加速度検出手段と、
測定される回転体と同一型の回転体に試し錘を位置を変
えて装着した場合と装着しない場合とで前記複数箇所に
生じる振動加速度に基づいて予め求められた回転体の振
動における影響係数を前記角位相との組み合わせによる
ベクトル量として記憶した影響係数記憶手段と、前記振
動加速度検出手段により検出された複数箇所の振動加速
度と前記影響係数とに基づいて回転体のアンバランス量
を前記角位相との組み合わせによるベクトル量として演
算するアンバランス量演算手段と、を備えて構成した。
【0007】
【作用】影響係数記憶手段に記憶された影響係数は、ア
ンバランス量の大きさ,角位相とは関係なく回転体に生
じる振動レベルへの影響を示す回転体に固有の値である
ため、振動加速度検出手段によって検出された複数箇所
の振動加速度と前記影響係数とを用いて、アンバランス
量演算手段により回転体のアンバランス量を角位相との
組み合わせによるベクトル量として演算することができ
る。
【0008】
【実施例】以下に本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。一実施例の構成を示す図2において、内燃機関用の
ターボチャージャーにおける図示しないタービンホイー
ルを収納するタービンハウジング1と、前記タービンホ
イールを一端部に固定した回転軸を収納するセンターハ
ウジング2との外壁には夫々加速度ピックアップセンサ
3,4が取り付けられている。尚、前記タービンハウジ
ング1及びセンターハウジング2とによりタービンアッ
センブリ11が構成される。  前記加速度ピックアッ
プセンサ3,4から出力される振動加速度信号は、夫々
チャージアンプ5,6を介してインターフェースボード
7へ入力される。
【0009】前記回転軸の他端部にはコンプレッサイン
ペラ12が締結され、該インペラ12のボス部12a周
面に向けて回転センサ8が配設され、該回転センサ8か
ら出力された信号が、アンプ9を介して前記インターフ
ェースボード7に入力される。該回転センサ8は、例え
ば前記ボス部12aに設けた印を検出してタービンホイ
ール,回転軸,コンプレッサインペラ12からなる回転
体の基準回転角位置で発生する基準信号と、微小の単位
回転角毎に発生する単位信号とを出力し、これら信号に
基づいて後述するように基準回転角位置に対する角位相
θが求められるようになっている。
【0010】前記加速度ピックアップセンサ3,4及び
回転センサ8からの信号は、前記インターフェースボー
ド7でA/D変換された後、パーソナルコンピュータ1
0に入力される。一方、パーソナルコンピュータ10の
メモリには、前記アンバランス量の測定が行われるター
ボチャージャーと同一型のターボチャージャーにおける
振動における影響係数αij (1≦i, j≦2の整
数;大きさと前記角位相との組み合わせによるベクトル
量) のマトリクス
【0011】
【数1】
【0012】を入力して記憶してある。ここで、前記影
響係数αijは次式により求められる。 α11= (B11−A11) /U10・・・・・・
・・(2)α21= (B21−A21) /U10・
・・・・・・・(3)α12= (B12−A11) 
/U20・・・・・・・・(4)α22= (B22−
A21) /U20・・・・・・・・(5)但し、 A11:試し錘を装着しない場合に加速度ピックアップ
センサ3で検出される振動加速度 (初期アンバランス
量での振動加速度;前記角位相との組み合わせによるベ
クトル量) A21:試し錘を装着しない場合に加速度ピックアップ
センサ4で検出される振動加速度 (初期アンバランス
量での振動加速度;同様のベクトル量) U10:図示しないタービンホイールボス部に付加した
試し錘量 (回転体の回転中心に対して質量中心を偏心
して装着される試し錘の質量と質量中心の前記角位相で
表される方向との組み合わせによるベクトル量)U20
:コンプレッサインペラボス部12aに付加した試し錘
量(U10と同様のベクトル量) B11:U10のみを付加した場合の加速度ピックアッ
プセンサ3で検出された振動加速度 (同様のベクトル
量)B21:U10のみを付加した場合の加速度ピック
アップセンサ4で検出された振動加速度 (同様のベク
トル量)B12:U20のみを付加した場合の加速度ピ
ックアップセンサ3で検出された振動加速度 (同様の
ベクトル量)B22:U20のみを付加した場合の加速
度ピックアップセンサ4で検出された振動加速度 (同
様のベクトル量)尚、影響係数αijは、製品のバラツ
キが少ない個体では、個体によらず夫々ある一定値をと
ると考えることができる (実際のターボチャージャで
は、αijは、ある一定の値をとることが確認されてい
る) 。
【0013】したがって、数個の個体サンプルについて
、αijを求めておき、それらの平均値をパーソナルコ
ンピュータ10に入力しておく。以下、パーソナルコン
ピュータ10によるアンバランス量演算ルーチンを図3
のフローチャートに従って説明する。ステップ1 (図
ではS1と記す。以下同様) では、回転体を設定され
た修正回転数 (最も動バランスの修正が要求される回
転数) まで上昇させ、該修正回転数において各加速度
ピックアップセンサ3,4により検出される振動加速度
の全回転角範囲における最大値|A1 |, |A2 
|を振幅として検出する。
【0014】ステップ2では、前記最大値検出時におけ
る前記回転体の基準回転角位置に対する角位相θA1,
 θA2を回転センサ8からの基準信号入力後の単位信
号の入力数をカウントすることにより検出する。ステッ
プ3では、前記最大値|A1 |, |A2 |( 振
幅の絶対値) と、角位相θA1, θA2( 振動方
向) との組み合わせにより、ベクトル量としての振動
加速度A1 = (|A1 |, θA1) , A2
 = (|A2 |, θA2) を検出する。即ち、
回転センサ8とパーソナルコンピュータ10の前記角位
相検出機能とにより角位相検出手段が構成され、加速度
ピックアップセンサ3,4とパーソナルコンピュータ1
0の前記振動加速度検出機能とにより振動加速度検出手
段が構成される。
【0015】ステップ4では、前記予め入力された影響
係数αijを用いて修正すべきタービンホイール側初期
アンバランス量U1 と、コンプレッサインペラ12側
のアンバランス量U2 とを以下のようにして求める。 即ち、影響係数によるバランシング理論により、次式が
成立する。
【0016】
【数2】
【0017】したがって、
【0018】
【数3】
【0019】が成立し、これによりベクトル量としての
アンバランス量U1= (|U1 |,θU1)  ,
U2 = (|U2 |,θU2) が求められる。こ
のパーソナルコンピュータ10によるアンバランス量U
1 ,U2 の演算機能によりアンバランス量演算手段
が構成される。このようにしてベクトル量として求めら
れたアンバランス量U1 , U2   により、ター
ビンホイール部のθU1方向部分を|U1 |に応じた
量だけ削ると共に、コンプレッサインペラ部のθU2方
向部分を|U2 |の大きさに応じた量だけ削ることに
よりアンバランスを無くすべく高精度に動バランスを修
正できる。
【0020】このようにすれば、一回の測定結果に基づ
いて一回のバランス修正を行うだけで動バランスを修正
することができ、従来のようにインペラを所定角度ずつ
回転させて試行錯誤で何回も修正作業を行う場合に比較
してはるかに修正回数を減らすことが可能となる。さら
に、上記のように2つのアンバランス量U1 , U2
 が同時に求まるため、U1 , U2 の角位相θU
1,θU2を考慮しながら修正することで、前述したよ
うな複数の修正回転数における修正を一度で行うことが
できる。以下にその説明を行う。
【0021】通常、ターボチャージャーでの動バランス
修正方法としては、タービンホイール側のアンバランス
量は、予め剛体のバランスマシンで、できる限り小さく
修正しておき、ターボアッセンブリ11が構成された状
態では、コンプレッサインペラ12側のみの1面 (回
転面) の修正を行うことが多い。図4には、アンバラ
ンス分布状態と回転軸の振動モードとを載せた概念図を
示す。つまり、タービンホイール側の初期アンバランス
量U1 は、前記予め行われた修正により、非常に小さ
くなっているので、コンプレッサインペラ12側の1面
のみのアンバランス量U2 を、をタービンホイール側
のアンバランス量U1 と同等の量まで修正することで
動バランス修正を行う。
【0022】この時、コンプレッサインペラ12側のア
ンバランス量U2 の角位相θU2の、タービンホイー
ル側のアンバランス量U1 の角位相θU1に対する位
相差をどのようにするかによって振動特性が変わってく
る。図5に、二種類のアンバランス状態における振動特
性を示す (横軸は回転数,立て軸は振幅である) 。
【0023】ここで振動のプロファイルC,Dにおける
アンバランス分布は、夫々図6,図7に示す如くである
。即ち、修正回転数♯1,♯2に対して同時にバランス
修正合格値に導くためには、アンバランス分布は図6に
示す逆位相になるように修正する必要がある。従来は、
前記したようにタービンホイール側とコンプレッサイン
ペラ側とのアンバランス量における角位相の情報が全く
分からなかったため、やはり複数回の修正が必要であっ
たが、本発明では、U1 とU2 との角位相θU1,
θU2が分かっているので、θU1,θU2との位相差
を180 °とする (θU1−θU2=180 °)
 ように修正を行うことで2つの修正回転数♯1,♯2
に対して一度で修正を終了させることができる。
【0024】また、|U1 |と|U2 |とに大きな
差が無ければ、θU1,θU2との位相差を180 °
とするようにタービンホイールとコンプレッサインペラ
12との相対回転位置を変えることで動バランスを修正
することもできる。この場合でも修正作業は1回ですみ
、かつ、前記従来技術例では45°毎の段階的な修正し
か行えないのに比較して修正精度が向上する。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、一
回一つの修正回転数にセットするだけでアンバランス量
を大きさと角位相との組み合わせによるベクトル量とし
て測定することができ、この結果、動バランス修正工数
を大幅に低減でき、かつ、修正精度も向上させることが
できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の構成,機能を示すブロック図
【図2】
本発明の一実施例のハードウエアシステムを示す図
【図3】同上実施例のソフトウエアを示すフローチャー
【図4】タービンホイール側とコンプレッサインペラ側
とのアンバランス量に大きな差がある場合の振動モード
の一例を示す図
【図5】2種類のアンバランス状態における振動特性を
示す図
【図6】タービンホイール側とコンプレッサインペラ側
とのアンバランス量の向きが逆位相であるときの振動モ
ードの一例を示す図
【図7】タービンホイール側とコンプレッサインペラ側
とのアンバランス量の向きが同位相であるときの振動モ
ードの一例を示す図
【符号の説明】
3,4  加速度ピックアップセンサ 8      回転センサ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】回転体の動バランス修正のためアンバラン
    ス量を測定する装置において、回転体の基準回転角位置
    に対する角位相を検出する角位相検出手段と、回転体の
    回転時に複数箇所に生じる振動加速度を夫々前記角位相
    との組み合わせによるベクトル量として検出する振動加
    速度検出手段と、測定される回転体と同一型の回転体に
    試し錘を位置を変えて装着した場合と装着しない場合と
    で前記複数箇所に生じる振動加速度に基づいて予め求め
    られた回転体の振動における影響係数を前記角位相との
    組み合わせによるベクトル量として記憶した影響係数記
    憶手段と、前記振動加速度検出手段により検出された複
    数箇所の振動加速度と前記影響係数とに基づいて回転体
    のアンバランス量を前記角位相との組み合わせによるベ
    クトル量として演算するアンバランス量演算手段と、を
    備えて構成したことを特徴とする回転体のアンバランス
    量測定装置。
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