KR100324942B1 - Balancing machine for rotor and method therefor - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 회전체의 평형 잡기 장치(Balancing Machine; 1')는 불평형량을 측정하는 대상의 회전체(Rotor; 2')를 지지하는 실험대(Frame; 3'), 실험대를 지지하는 방진구(Isolator; 30), 상기 실험대(3')에 일정한 간격으로 각각 구비되는 수직판(Pedestal; 4'), 상기 일측의 수직판(4')을 간격 이동이 가능하게 하는 가이더 장치(Guider; 31), 상기 일측의 수직판(4')에 설치되는 구동 롤러(Driving Roller; 5'), 및 각각의 수직판 상하부에 설치되는 지지 롤러(Supporting Roller; 6'), 시편의 축방향 요동을 막아주는 클램퍼(Clamper; 61'), 회전체(2')의 튕겨져나감을 방지하기 위해 상부 지지 롤러(6')를 잡고 있는 덮개(7'), 회전체(2')의 크기에 따라 높낮이를 조절하는 상부 롤러 지그(71), 상기 롤러 지그(71)를 고정시키는 고정 나사(72), 구동 롤러(5')의 일단부에 회전력을 전달하는 구동축(51), 구동 롤러(5')와 구동축(51)을 연결하는 커플링(Coupling; 52), 상기 구동축(51)의 바깥측에 연결되는 구동휠(Wheel; 8'), 상기 구동휠을 벨트(9')와 연결을 통해 구동시키는 풀리(Pulley; 10'), 회전체(2')를 고속으로 회전시키기 위해 구비되는 변속장치(18), 상기 변속 장치와 연결하는 AC 모터(11'), 상기 실험대(3')에 놓인 회전체(2')의 휘돌림 진동량(진폭과 위상)을 측정하는데 필요한 비접촉식 갭 센서(Gap Sensor; 12'), 시간 및 위상의 기준을 잡아주는데 필요한 광 센서(Photo Sensor; 13'), 가동 중에 회전체의 진동량이 한계값에 다다르면 자동적으로 동력이 차단되도록 하는 자동 차단 장치(19), 회전체(2')의 속도를 제어하기 위해 상기 AC모터(11')를 제어하는 속도 제어기(14'), 그리고 상기 갭 센서(12')와 광 센서(13')로부터 검출된 신호를 디지털 신호로 변환시키는 A/D 컨버터(Converter; 15'), A/D 컨버터를 통해 변환된 측정 데이터를 처리하는 컴퓨터 분석기(16')로 이루어지는 것을 특징으로 한다.Balancing Machine (1 ') of the rotating body according to the present invention is a frame (3') for supporting the rotor (Rotor) 2 'of the object to measure the unbalance amount (vibration) for supporting the experimental table (Isolator; 30), a vertical plate (Pedestal; 4 '), each provided on the experimental table (3') at regular intervals, and a guider device (Guider) for allowing the interval movement of the vertical plate (4 ') of one side ), A driving roller 5 'installed on the vertical plate 4' on one side, and a supporting roller 6 'installed on upper and lower portions of each vertical plate, to prevent axial fluctuations of the specimen. The height of the clamper (61 '), the cover (7') holding the upper support roller (6 '), and the size of the rotor (2') are prevented from falling out of the rotor (2 '). An upper roller jig 71 for adjusting, a fixing screw 72 for fixing the roller jig 71, a drive shaft 51 for transmitting rotational force to one end of the driving roller 5 ', Coupling 52 connecting the roller 5 'and the drive shaft 51, a drive wheel 8' connected to the outer side of the drive shaft 51, and the drive wheel 9 '. Pulley (10 ') for driving through the connection with the transmission (18) provided for rotating the rotating body 2' at high speed, AC motor (11 ') for connecting to the transmission, the experimental table ( 3 '), a non-contact gap sensor (12') required to measure the amount of swing vibration (amplitude and phase) of the rotating body 2 ', and a photo sensor necessary to set the time and phase reference. 13 '), the automatic shut-off device 19 which automatically cuts off power when the vibration amount of the rotating body reaches a limit value during operation, and the AC motor 11' to control the speed of the rotating body 2 '. A speed controller 14 'for controlling and an A / D converter for converting signals detected from the gap sensor 12' and the optical sensor 13 'into digital signals. r; 15 '), a computer analyzer 16' for processing measurement data converted through an A / D converter.

또한, 실험대에 놓인 임의의 시편(회전체) 자체 내에 내재된 불평형 질량을 찾아, 불평형량을 보상하여 회전체의 평형을 유지시키는 회전체의 평형 잡기 방법에 있어서, 평형 잡기를 위한 상기 시편의 수정면을 3개 이상의 개수로 설정하여, 측정면을 수정면과 일치시키고 각 측정면에서 시편의 회돌림 운동을 측정하고, 상기 시편의 각 수정면에 시도질량(trial weight)을 옮겨 달면서 매 측정면 마다 상기 시편의 휘돌림 운동을 측정하여, 상기 측정한 값을 이용하여, 운동방정식을 근거로 한 수학식 [ ]을 기본 공식으로 하여 각 수정면에서의 등가 불평형량을 산출하고, 해당 시편의 불평형 질량을 보상하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the balancing method of the rotating body to find the unbalanced mass inherent in any specimen (rotator) itself placed on the test bench, to compensate the unbalance amount to maintain the balance of the rotating body, the modification of the specimen for balancing Set three or more faces to match the measurement face with the corrected face and rotate the specimen in each measurement face. And the trial weight on each crystal plane of the specimen Whirl movement of the specimen in every measurement plane By using the measured value, the equation based on the equation of motion [ ] Is the basic formula for equivalent unbalance in each correction plane To calculate, and to compensate for the unbalanced mass of the specimen.

Description

회전체의 평형 잡기 장치 및 방법{BALANCING MACHINE FOR ROTOR AND METHOD THEREFOR}Balancing device and method of rotating body {BALANCING MACHINE FOR ROTOR AND METHOD THEREFOR}

본 발명은 물체의 평형 잡기(balancing), 특히 회전 기계 회전체(rotor)의 평형 잡기 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technique for balancing an object, in particular for balancing a rotating machine rotor.

일반적으로, 각종 기계에 사용되는 회전체는 재료의 형성초기부터 자체 내에 분포하는 불평형 질량으로 인해 회전하게 될 때 회전체가 비정상적으로 흔들리는 진동을 발생시킨다. 그에 따라서, 기계는 원활한 작동을 하지 못하게 되어 쉽게 고장을 초래한다.In general, a rotating body used in various machines generates vibrations in which the rotating body shakes abnormally when it rotates due to an unbalanced mass distributed within itself from the beginning of material formation. As a result, the machine does not operate smoothly and easily breaks down.

일반적으로, 도 1에 도시된 바와 같이 평형 잡기 장치(1)는 불평형량을 측정하고자 하는 회전체(2)를 지지하는 실험대(3), 상기 실험대(3)에 일정한 간격으로 구비되는 수직판(4), 상기 일측의 수직판(4)에 설치되는 구동 롤러(5) 및 각각의수직판 상하부에 설치되는 지지 롤러(6), 회전체(2)의 튕겨져나감을 방지하기 위해 상부 지지 롤러(6)를 잡고 있는 덮개(7), 구동 롤러(5)의 일단부에 회전력을 전달하는 구동휠(8), 상기 구동휠을 벨트(9)와 연결을 통해 구동시키는 풀리(10)를 구비한 모터(11)로 이루어진다.In general, as shown in FIG. 1, the balancing apparatus 1 includes a test bench 3 for supporting a rotating body 2 to measure an unbalance amount, and a vertical plate provided at regular intervals on the test bench 3 ( 4), the driving roller (5) installed on the vertical plate (4) on one side and the support roller (6) installed on the upper and lower portions of each vertical plate, the upper support roller (to prevent jumping out of the rotating body (2) 6) having a lid (7) holding, a drive wheel (8) for transmitting rotational force to one end of the drive roller (5), and a pulley (10) for driving the drive wheel through connection with the belt (9) It consists of a motor 11.

또한, 상기 실험대(3)에 놓인 회전체(2)에서 발생되는 수직판 전달력을 측정하는데 필요한 수직판(4)에 설치된 포스 센서(Force Sensor; 12), 위상의 기준을 잡아주는데 필요한 광 센서(13), 회전체(2)의 속도를 제어하기 위해 상기 AC 모터(11)를 제어하는 속도 제어기(14), 그리고 상기 포스 센서(12)와 광 센서(13)로부터 검출된 신호를 디지털 신호로 변환시키는 A/D 컨버터(15), A/D 컨버터를 통해 변환된 측정 데이터를 처리하는 컴퓨터 분석기(16)로 이루어지며, 상기 데이터 들은 컴퓨터 분석기(16)에 내장된 소정의 알고리즘(algorithm)들로 이루어진 불평형 계산 S/W를 통해 계산된다.In addition, a force sensor (12) installed on the vertical plate (4) required to measure the vertical plate transfer force generated in the rotating body (2) placed on the test table (3), the optical sensor required to set the reference of the phase 13, the speed controller 14 for controlling the AC motor 11 to control the speed of the rotating body 2, and the signals detected from the force sensor 12 and the optical sensor 13 are digital signals. A / D converter 15 for converting the data into a computer, and a computer analyzer 16 for processing the measured data converted through the A / D converter, the data being a predetermined algorithm embedded in the computer analyzer 16. It is calculated through the unbalance calculation S / W.

여기서, 불평형 계산 S/W는 사용자가 작동하기 편리한 전처리 S/W, Solver, 및 후처리 S/W로 이루어지는데, 상기 전처리 S/W는 A/D 변환, 및 모터 제어 등을 이용해 개발된 알고리즘의 입력 데이터(세 개의 가진 주파수에서 진폭 및 위상각)를 얻어내며, Solver는 개발한 밸런싱(balancing) 알고리즘을 수행하여 불평형 양을 찾아내며, 후처리 S/W는 진동 특성을 그래픽화하며 밸런싱의 위치를 표시해준다.Here, the unbalance calculation S / W is composed of a preprocessing S / W, a solver, and a postprocessing S / W, which are convenient for the user to operate. The preprocessing S / W is an algorithm developed using A / D conversion and motor control. The input data (amplitude and phase angle at three excitation frequencies) are obtained, and the solver performs a balancing algorithm developed to find the amount of unbalance. The post-processing S / W graphically displays the vibration characteristics and Mark the location.

어떤 회전체의 밸런싱을 얻으려 할 때, 실험자는 우선 컴퓨터 분석기(16)를 온(on) 시킨 후 덮개(7)를 열고 실험대(3)의 하부 롤러(5,6)에 회전체(2)의 양단을각각 위치시켜 덮개(7)를 닫고 걸이쇠를 잠그어 고정시킨다. 물론 이와 반대로, 실험대(3)의 롤러(5,6)에 회전체(2)의 양단을 먼저 고정시킨 후 컴퓨터 분석기(16)를 켜도 무방하다. 그런 다음, 모터(11)에 전류를 인가시켜 모터(11)의 풀리(10)를 연결하는 구동휠(8)을 회전시킬 수 있게됨에 따라 구동휠(8)이 회전하여 구동 롤러(5)의 마찰에 의해 회전체(2)가 회전될 수 있도록 한다.In order to achieve balancing of any rotor, the experimenter first turns on the computer analyzer 16 and then opens the lid 7 and the rotor 2 on the lower rollers 5 and 6 of the bench 3. Position both ends of each to close the cover (7) and lock the latch. Of course, on the contrary, the computer analyzer 16 may be turned on after fixing both ends of the rotating body 2 to the rollers 5 and 6 of the test bench 3 first. Then, the driving wheel 8 is rotated by applying a current to the motor 11 so as to rotate the driving wheel 8 connecting the pulley 10 of the motor 11. The rotating body 2 can be rotated by friction.

그에 따라서, 실험대(3)의 수직판(4) 내에 장착된 포스 센서(12)와 위상 기준을 잡아주는 광 센서(13)로부터 측정된 데이터가 보조대(17) 상에 놓인 컴퓨터 분석기(16)에 내장된 불평형 계산 S/W를 통해 계산된다.Accordingly, the data measured from the force sensor 12 mounted in the vertical plate 4 of the bench 3 and the light sensor 13 which sets the phase reference is placed on the computer analyzer 16 placed on the support 17. It is calculated through the built-in unbalance calculation software.

일반적으로, 평형 잡기 기술 방법에는 (a) 영향 계수법(ICM; Influence Coefficient Method), (b) 모드 평형 잡기법(MBM; Modal Balancing Method)(b), 및 (c) 통합 평형잡기법(UBM; Unified Blancing Method)이 있는데, 먼저 상기 영향 계수법을 이용한 기술을 설명하면 다음과 같다.In general, balancing techniques include (a) Influence Coefficient Method (ICM), (b) Modal Balancing Method (MBM) (b), and (c) Integrated Balancing Method (UBM); Unified Blancing Method), a technique using the influence coefficient method will be described first.

(a) 영향 계수법(ICM)(a) Impact coefficient method (ICM)

영향 계수법은 불평형을 발생시키는 임의의 시도질량을 번갈아 달아 측정한 진동량을 근거로 하여 먼저 영향 계수들을 규명한 후, 불평형량을 산출하는 방법인데, 이때, 회전속도는 하나로 고정시켜야 한다. 영향 계수법은 미지수의 개수와 방정식의 개수가 일치하기 때문에 정확한 포인트 방법(EPM; Exact Point Method)이라 불린다. 정확한 포인트 방법은 측정오차의 영향을 개선하기 위해 센서를 부과하는 방안이 제시되고 있는데(이를 최소 자승 오차법(LSM; Least-Squared error Method)을 도입한 영향 계수법이라함), 이 경우는 센서가 부가됨에 따라 부대비용이 증가된다.Influence coefficient method is to first determine the influence coefficients and then calculate the unbalance amount based on the measured amount of alternating random trial masses that cause unbalance. At this time, the rotation speed should be fixed as one. The coefficient of influence method is called the exact point method (EPM) because the number of unknowns and the number of equations coincide. The exact point method is proposed to impose a sensor to improve the effect of measurement error (this is called the influence coefficient method that adopts Least-Squared error method (LSM)). As it is added, the incidental cost increases.

평형 잡기 면수가 많은 경우에 영향 계수법의 정확도가 떨어지는 또 다른 이유는 한 회전속도의 주파수 당 데이터만을 사용해야 되기 때문이다. 즉, 응답신호에는 1차에서 고차까지의 진동 특성들이 섞여 있는데 회전 속도를 하나로 고정시키면 고차 진동 특성을 충분히 나타내는 진동량 데이터를 확보할 수 없게 된다.Another reason for the low accuracy of the influence coefficient method in the case of a large number of equilibrium surfaces is that only data per frequency of one rotational speed should be used. That is, the response signal contains the vibration characteristics from the first to the higher order, but if the rotation speed is fixed to one, it is impossible to obtain the vibration amount data sufficiently representing the higher order vibration characteristics.

요약하면, 영향 계수법은 회전속도를 하나로 고정시켜야 하기 때문에 측정된 진동량을 효과적으로 이용할 수 없고 미지수의 개수와 방정식의 개수가 동수이기 때문에 측정오차에 민감하다. 특히 평형 잡기 면수가 증가할수록 측정오차의 영향이 많이 나타나서 신뢰성 있는 결과를 얻기가 매우 힘들다.In summary, the influence coefficient method is sensitive to measurement error because the measured vibration amount cannot be effectively used because the rotational speed must be fixed to one, and the number of unknowns and the number of equations are equal. In particular, as the number of equilibrium surfaces increases, it is very difficult to obtain reliable results because of the effects of measurement errors.

기본공식에서, In the basic formula ,

'불평형량과 진동량 사이의 상관관계가 선형적이다'라는 가정에 근거하여,Based on the assumption that the correlation between the unbalance and the vibration is linear,

여기서,here,

영향 계수 행렬(Influence Coefficient Matrix)은 비대칭 복소행렬로 회전 속도에 따라 바뀐다.Influence Coefficient Matrix Is an asymmetric complex matrix that changes with rotational speed.

규명해야할 영향 계수 행렬의 미지수는 2n2개이다.The unknown coefficient of influence matrix to be identified is 2n 2 .

; 크기와 위상으로 정의되는 진동량으로 복소수로 표시된다. 진동량은 n개의 센서를 이용하여 측정된다. ; The amount of vibration defined by magnitude and phase, expressed as a complex number. The amount of vibration is measured using n sensors.

; 시편이 가지고 있는 분포된 불평형량을 수정면에 대한 집중된 불평형량으로 등가시킨 값으로서, 크기와 위상을 가진 복소수로 표시된다. 불평형량의 미지수는 2n개이다. ; The distributed unbalance of the specimen equals the concentrated unbalance of the crystal plane, expressed as a complex number of magnitude and phase. The unknown number of unbalances is 2n.

평형 잡기 절차에서, In the balancing procedure ,

단계 1은 시편(평형 잡기 하고자 하는 대상의 물체)의 측정면과 수정면을 각각 n개씩 선정하여 일련번호를 매긴다.Step 1 selects the number of measuring planes and crystal planes of the specimen (object to be balanced) and assigns serial numbers to each of n.

단계 2는 회전속도를 고정한 후, 시편을 '있는 그대로(as is)의 상태로' 두고서 측정면의 휘돌림 운동(whirl motion)을 측정한다. 휘돌림 운동은 진폭과 위상으로 정의된다.Step 2 measures the whirl motion of the measurement surface after fixing the rotational speed, leaving the specimen 'as is'. Whirlwind motion is defined by amplitude and phase.

단계 3은 시도질량을 수정면 #1에서 수정면 #n까지 차례로 옮겨 달면서 각 측정면의 휘돌림 운동을 측정한다.Step 3 measures the bending motion of each measurement plane by moving the trial mass from crystal plane # 1 to crystal plane #n in turn.

단계 4는 단계 2 및 단계 3의 과정에서 측정한 값들을 근거로영향 계수 기본 공식을 이용하여 수정면에 대한 불평형량을 산출한다.Step 4 calculates the unbalance for the modified plane using the coefficient of influence basic formula based on the values measured in steps 2 and 3.

단계 5는 산출한 불평형량(크기와 위상)과 상쇄되는 보상중량을 달아준다.Step 5 weighs the compensating weight offset from the calculated unbalance (magnitude and phase).

영향 계수법은 진동량과 진동원이 서로 비례관계에 있다는 사실만을 근거로 한 기본공식이기 때문에 가장 광범위하게 적용되는 공식이다. 따라서, 비전문가도 쉽게 적용할 수 있는 장점을 가지고 있다. 그 대신에 첫째로 규명해야할 미지수가 과다하게 설정되어 측정오차에 민감하게 된다는 것과, 둘째로 역학의 원리를 반영하지 않기 때문에 회전체 동력학 해석의 제반 정보를 전혀 이용할 수 없게 되었다.The coefficient of influence method is the most widely used formula because it is a basic formula based solely on the fact that the amount of vibration and the source of vibration are proportional to each other. Therefore, there is an advantage that can be easily applied to non-experts. Instead, firstly, an unknown number to be identified is set too much, making it sensitive to measurement errors, and secondly, since it does not reflect the principles of mechanics, it is impossible to use all the information of the rotor dynamics analysis.

(b) 모드 평형 잡기법(MBM)(b) Mode Equilibrium (MBM)

모드 평형 잡기법은 '특정 모드의 공진 근처에서는 응답특성이 그 모드특성에 의해 주도된다'는 사실을 기초로 하여 평형 잡기를 하는 기술이다. 모드 평형 잡기법은 진동특성을 이용한 기술이기 때문에 회전체 동력학 모형을 근거로 하고 있다. 따라서, 3면 이상의 평형 잡기를 수행하는 유연한 회전체(flexible rotor)는 영향 계수법 보다는 모드 평형 잡기법이 더 효과적이다. 그러나, 평형 잡기를 하기 전에 진동모드 특성을 미리 파악해야 하므로 비전문가가 사용하기에는 적합하지 않다. 또한 위험속도 근처에서 운전해야 되기 때문에 과도한 진동에 의한 문제가 발생할 소지가 많다.Mode balancing is a technique of balancing based on the fact that the response characteristic is driven by the mode characteristic near the resonance of a specific mode. Mode balancing is based on the rotor dynamics model because it is a technique using vibration characteristics. Therefore, the mode balancing method is more effective than the coefficient of influence method for the flexible rotor which performs the balancing of more than three surfaces. However, it is not suitable for non-expert use because the vibration mode characteristics must be known in advance before balancing. In addition, there is a possibility that a problem caused by excessive vibration is caused because the driving near the dangerous speed.

모드 평형 잡기법은 '불평형 응답이 위험속도 근처에서 해당 모드의 진동특성에 의해 지배된다'는 사실을 근거로 개발한 기술이다. 위험속도에서는 진동이 급증하기 때문에 운전중 진동량의 크기를 관찰하면서 위험속도를 파악한 후, 그 속도에서 진동모드를 측정한다. 이때, 회전체의 진동특성이 주로 나타나기 때문에 역학적 관계를 이용하여 불평형량을 산출한다. 모드 평형 잡기법은 역학의 원리를 근거로 평형 잡기를 하는 것이기 때문에 비교적 고차 모드까지도 효과적으로 수행할 수 있어서 발전기 터빈이나 공작기계 주축의 평형 잡기에 주로 사용되는 기술이다.Mode balancing is developed based on the fact that the unbalance response is governed by the vibration characteristics of the mode near the critical velocity. Since the vibration rapidly increases at the dangerous speed, the magnitude of the dangerous velocity is determined while observing the magnitude of the vibration during operation, and then the vibration mode is measured at the velocity. At this time, since the vibration characteristics of the rotating body are mainly shown, an unbalance amount is calculated using a mechanical relationship. Mode balancing is a technique that is mainly used for balancing a generator turbine or a machine tool spindle because the mode balancing is performed based on the principle of mechanics, so that even a relatively high order mode can be effectively performed.

그러나, 모드 평형 잡기법은 다음과 같은 근본적인 문제점들을 가지고 있다.However, mode balancing has the following fundamental problems.

1) 회전속도가 위험속도와 일치하여 발생되는 문제점1) Problem that occurs when the rotational speed matches the dangerous speed

① 위험속도 지역에서는 위상변화가 급격하므로 위상에 대한 정확한 측정이 어렵다.① It is difficult to accurately measure the phase because the phase change is drastically in the danger velocity area.

위험속도 근처에서는 위상이 급격히 변화된다. 따라서, 위험속도 근처에서 진동량을 측정하는 경우에는 측정오차가 위상에 민감하게 영향을 미치게 된다.Near the dangerous speed, the phase changes rapidly. Therefore, when the vibration amount is measured near the dangerous speed, the measurement error affects the phase sensitively.

② 심한 진동으로 인하여 작업상 애로사항이 많다.② Due to severe vibration, there are many difficulties in working.

- 롤러 지지대의 부하가 크게 걸려서 운전상의 많은 문제를 발생시킬 수 있다.-The load of the roller support is very large, which can cause many problems in operation.

- 위험속도에 도달하기 전에 진동량의 제한치에 이르는 경우는 모드 평형 잡기법의 기본 가정에 위배되는 회전속도에서 평형 잡기를 해야하므로 정확도는 그 만큼 떨어지게 되어 있다.-If the limit of vibration amount is reached before the dangerous speed is reached, the accuracy is reduced because the balance must be balanced at the rotational speed which is contrary to the basic assumption of the mode balancing method.

2) 보상중량 설치에 관한 문제점2) Problems with Compensation Weight Installation

- k+1 번째 모드 평형 잡기를 할 때, k 번째 모드를 재 가진시키지 않도록 보상 중량을 산출해야만 한다. 이러한 조건에 맞도록 매 모드 마다 정확히 계산된 보상중량을 달아주는 것이 현실적으로 번거롭고 경비가 많이 드는 작업이다.When balancing the k + 1th mode, the compensation weight must be calculated so as not to re-exit the kth mode. In order to meet these conditions, it is practically cumbersome and expensive to weigh the compensation weight accurately calculated in each mode.

기본공식에서, In the basic formula ,

진동량과 불평형량의 관계는 시스템의 모드 벡터와 고유치로 정의되는 고유 특성을 이용하면 아래와 같은 식을 얻는다.The relationship between vibration and unbalance is obtained using the inherent characteristics defined by the system's mode vector and eigenvalues.

여기서,here,

s; 진동모드의 개수s; Number of vibration modes

Ω; 회전속도Ω; Rotation speed

; i 번째 모드의 모드 벡터(modal vector) ; mod vector of the i th mode

; i 번째 모드의 수반 모드 벡터(adjoint modal vector) ; adjoint modal vector of the i th mode

λi; i 번째 모드의 고유치(eigen value)λ i ; eigen value of the i th mode

만일 회전속도가 k 번째 모드의 위험속도에 근접하게 되면, 즉 Ω≡Im(λk)이면, 식(A-2)은 근사적으로,If the rotational speed is close to the dangerous speed of the k-th mode, that is, Ω≡Im (λ k ), equation (A-2) is approximately

이 된다. 평형 잡기의 궁극적 목적이 진동량을 줄이는 것이므로을 만족하는를 찾는 문제로 축소된다.Becomes The ultimate goal of balancing is to reduce the amount of vibration To satisfy Is reduced to the problem of finding.

k 번째 모드를 없애주기 위한 보상중량을 산출하기 위해서는 k 번째 모드의 위험 속도에서의 진동량와 k 번째 모드의 모드 벡터() 및 수반 모드 벡터()를 측정해야 한다.To calculate the compensation weight to eliminate the kth mode, the amount of vibration at the dangerous velocity of the kth mode The mode vector of the and kth modes ( ) And the accompanying mode vector ( ) Should be measured.

평형잡기 절차에서, In the balancing procedure ,

단계 1은 평형 잡기 회전속도 범위를 정한다.Step 1 defines the equilibrium rotation speed range.

단계 2는 '있는 그대로의 상태' 에서 회전속도 범위까지 운전시키면서 응답특성을 파악한다.Step 2 identifies the response characteristics while operating from the 'as is' state to the speed range.

단계 3은 1차 위험 속도에서 제일 심한 진동량을 측정하고 단면 평형 잡기를 수행한다.Step 3 measures the most severe vibration at the first critical velocity and performs cross-sectional equilibrium.

단계 4는 2차 위험속도까지 속도를 높이고 그 속도에서 단계 3과 같은 과정을 반복한다.Step 4 speeds up to the second dangerous speed and repeats the same process as step 3 at that speed.

단계 5는 회전속도 범위까지 계속적으로 위험 속도 영역에서 평형 잡기를 수행한다.Step 5 performs balancing in the dangerous speed region continuously up to the speed range.

매 모드 마다의 평형 잡기 단계에서, 위험 속도에 도달할 수 없을 만큼 진동이 심한 경우는 진동 상한치에 도달하는 회전속도에서 단면평형 잡기를 수행하고 반복시행한다.In the balancing step in each mode, if the vibration is severe enough that the dangerous speed cannot be reached, the section balancing is performed at the rotational speed reaching the upper limit of vibration and repeated.

(c) 통합 평형 잡기법(UBM)(c) Integrated Equilibrium (UBM)

통합 평형 잡기법은 영향 계수법과 모드 평형 잡기법의 단점들을 보완해서 통합한 기술이다. 영향 계수법이 측정오차에 민감한 영향을 받는 기술적 한계를 가지고 있는 반면에 모드 평형 잡기법은 진동 모드 특성을 미리 알고 있어야 한다는 번거로운 면을 가지고 있다. 통합 평형 잡기법은 진동 모드 특성을 이용하는 모드 평형 잡기법을 기반으로 하면서 매 모드마다 모드 영향계수를 시도질량을 이용하여 구하여 얻는 방법이다. 그러나, 방법 자체가 새로운 개념에서 출발한 것이 아니고 두 방법을 혼합한 것이기 때문에 큰 차이를 보이고 있지 않다.Integrated balancing is a technique that integrates the shortcomings of the influence coefficient method and the mode balancing method. While influence coefficients have technical limitations that are sensitive to measurement errors, mode balancing is cumbersome in that vibration mode characteristics must be known in advance. The integrated equilibrium grading method is based on the mode equilibrium grading method using the vibration mode characteristics and obtains the mode influence coefficient for each mode by using the trial mass. However, because the method itself does not start from a new concept but is a mixture of the two methods, it does not show a big difference.

통합 평형 잡기법은 사전에 진동모드를 파악하지 않아도 되며, 수학적 모형을 근거로 한 것이기 때문에 모드 평형 잡기법 보다 사용이 편리하고 영향 계수법 보다 더 정확한 결과를 얻을 수 있으나 각 진동모드 평형 잡기 마다 영향 계수법을 적용하기 때문에 시도질량에 의한 운전회수가 많아지므로 비용면에서 모드 평형 잡기법 보다 비경제적이다.The integrated balancing method does not need to know the vibration mode in advance and is based on a mathematical model, so it is more convenient to use than the mode balancing method and more accurate than the influence coefficient method. Since the number of driving due to the trial mass increases, the cost is less economical than the mode balancing method.

종래 기술의 문제점,Problems of the prior art,

시도질량에 의한 운전회수에서,In driving frequency by trial mass,

영향 계수법은 n 면의 평형 잡기의 경우, 영향계수에서 항상 2n2개의 미지수가 설정된다. 기본공식에서 방정식의 개수는 2n이므로 있는 그대로의 상태를 제외하고 n회의 시도질량을 달면 방정식의 개수가 2n2개가 되어 미지수의 개수와 같게 된다. 따라서, 있는 그대로의 상태의 운전을 포함하여 최소한의 운전회수는 n+1회이다.In the coefficient of influence method, for n-side equilibrium, 2n 2 unknowns are always set in the coefficient of influence. Since the number of equations in the basic formula is 2n, except for the state as it is, when n trial masses are attached, the number of equations becomes 2n 2, which is equal to the number of unknowns. Therefore, the minimum number of driving including the operation of the state as is is n + 1 times.

모드 평형 잡기법은 1차 위험 속도에서 출발하여 매 진동모드에 대한 평형 잡기를 순차적으로 시행하는 방법이다. 이때, 위험속도에서 단면 평형 잡기(single plane balancing)를 하게 되는데 단면 평형 잡기를 하기 위해서는 2회의 운전(있는 그대로의 상태와 한 번의 시도질량 시도)이 소요된다. 따라서, n차 모드까지 평형 잡기를 하는데 드는 최소한의 운전회수는 2n이다.The mode balancing method is a method of sequentially performing balancing for each vibration mode starting from the first dangerous velocity. In this case, single plane balancing is performed at a dangerous speed, and two operations (as-is and one attempted mass attempt) are required to perform cross-balance. Therefore, the minimum driving frequency required for balancing up to the nth order mode is 2n.

이상에서 종래의 기술은 평형 잡기 면수가 클수록 그만큼 시도회수도 커지므로 비경제적이다.The conventional technique is uneconomical because the number of attempts to balance is larger as the number of equilibrium planes increases.

구조적 오차(Systematic Errors)에서, In systematic errors ,

영향 계수법은 일반적인 선형 관계만을 고려한 것이기 때문에 구조적 오차는 비선형 특성의 선형화로 인한 모형 오차(Modeling Error)외에는 다른 구조적 오차가 없는 일반적인 모형이다. 모드 평형 잡기법은 회전체 동력학적 수학 모형에서 근거하고 있기 때문에 모형 오차가 있다. 또한 모드해석(Modal Analysis)을 이용하는 과정에서 근사적 방법이 적용되었기 때문에 절단오차(Truncation Analysis)도 있다.Since the influence coefficient method considers only general linear relations, structural error is a general model without structural errors other than modeling error due to linearization of nonlinear characteristics. There is a model error because the mode equilibrium method is based on a rotor dynamic mathematical model. There is also a truncation analysis because an approximate method is applied in the process of using Modal Analysis.

보정 중량 설치에서, In installing calibration weights ,

불평형량이 파악되면 그를 제거하는 보상 중량을 달아주어야 한다. 영향 계수법은 모든 측정과 분석을 마친 후 마지막에 한번 보상중량을 달아준다. 모드 평형 잡기법은 진동모드 평형 잡기를 할 때마다 보정 질량을 달아주어야 하는데 이 작업이 매우 번거로운 일이다.Once the unbalance is identified, a compensating weight that eliminates it must be weighed. Influence counting measures the weight of compensation once after every measurement and analysis. The mode balancing method requires the correction mass to be applied each time vibration mode balancing is performed, which is very cumbersome.

본 발명은 경제적이면서 측정오차에 강하고, 고차모드의 평형 잡기를 효과적으로 수행할 수 있는 평형 잡기 장치 및 회전체 동력학식을 사용하여 불평형량을 산출하고 불평형량을 보상하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a method for calculating an unbalance amount and compensating for an unbalance amount by using a balance catching device and a rotating body dynamics that are economical and resistant to measurement errors, and which can effectively carry out high level mode balancing. .

도 1은 종래의 평형 잡기 장치를 도시하는 개략 정면도.1 is a schematic front view showing a conventional balancing device.

도 2는 본 발명의 평형 잡기 장치를 도시하는 개략 정면도.2 is a schematic front view showing a balancing apparatus of the present invention;

도 3은 실험 대상의 회전체(시편)를 도시하는 개략도.3 is a schematic diagram showing a rotating body (test piece) of a test object.

도 4는 회전체의 시스템 응답 곡선을 도시하는 그래프.4 is a graph showing a system response curve of a rotating body.

도 5a는 종래의 영향 계수법에 의한 측정 오차로 인한 불평형량을 도시하는 산포도.5A is a scatter diagram showing an unbalance amount due to a measurement error by a conventional influence coefficient method.

도 5b는 본 발명의 방법에 의한 측정 오차로 인한 불평형량을 도시하는 산포도.5B is a scatter diagram showing the amount of unbalance due to measurement error by the method of the present invention.

도 6은 종래의 영향 계수법과 본 발명의 방법에 의한 샘플링 운전속도에 따른 불평형 량의 표준편차를 각각 도시하는 그래프.6 is a graph showing the standard deviation of the unbalance amount according to the sampling operation speed by the conventional influence coefficient method and the method of the present invention, respectively.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

1': 평형 잡기 장치 2': 회전체1 ': balancing device 2': rotating body

3': 실험대 4': 수직판3 ': Experiment Table 4': Vertical Plate

5': 구동 롤러 6': 지지 롤러5 ': drive roller 6': support roller

7': 덮개 8': 구동휠7 ': cover 8': drive wheel

9': 벨트 10': 풀리9 ': Belt 10': Pulley

11': AC 모터 12': 갭 센서11 ': AC motor 12': gap sensor

13': 광 센서 14': 속도 제어기13 ': optical sensor 14': speed controller

15': A/D 컨버터 16': 컴퓨터 분석기15 ': A / D Converter 16': Computer Analyzer

18: 변속 장치 19: 자동 차단 장치18: Transmission 19: Automatic Shut Off

31: 가이더 51: 구동축31: guider 51: drive shaft

52: 커플링 71: 상부 롤러 지그52: coupling 71: upper roller jig

72: 고정 나사 61: 클램퍼72: fixing screw 61: clamper

도 2에 도시된 바와 같이, 실험대(Frame; 1')에 놓인 임의의 시편(회전체) 이 회전할 때 시편의 휘돌림 진동량(진폭과 위상)을 3면 이상의 원하는 위치에서 다각도로 측정하는 불평형량 감지 수단(Unbalancing mass detecting means)과,As shown in FIG. 2, when any specimen (rotator) placed on a frame 1 'is rotated, the amount of bending vibration (amplitude and phase) of the specimen is measured at various angles at three or more desired positions. Unbalancing mass detecting means,

상기 불평형량 감지수단을 통해 다각도에서 측정된 값으로부터 해당 시편의 불평형량을 3면 이상의 수정면에서 보상 가능한 분석 알고리즘(algorithm)을 내장한 컴퓨터 분석수단을 구비한 것을 특징으로 한다.And a computer analysis means incorporating an analysis algorithm (algorithm) capable of compensating for an unbalanced amount of the specimen in three or more planes from values measured at multiple angles through the unbalance amount detection means.

더 자세하게는, 본 발명의 평형 잡기 장치(Balancing Machine; 1')는 불평형량을 측정하는 대상의 회전체(Rotor; 2')를 지지하는 실험대(Frame; 3'), 실험대를 지지하는 방진구(Isolator; 30), 상기 실험대(3')에 일정한 간격으로 각각 구비되는 수직판(Pedestal; 4'), 상기 일측의 수직판(4')을 간격 이동이 가능하게 하는가이더 장치(Guider; 31), 상기 일측의 수직판(4')에 설치되는 구동 롤러(Driving Roller; 5'), 및 각각의 수직판 상하부에 설치되는 지지 롤러(Supporting Roller; 6'), 시편의 축방향 요동을 막아주는 클램퍼(Clamper; 61'), 회전체(2')의 튕겨져나감을 방지하기 위해 상부 지지 롤러(6')를 잡고 있는 덮개(7'), 회전체(2')의 크기에 따라 높낮이를 조절하는 상부 롤러 지그(71), 상기 롤러 지그(71)를 고정시키는 고정 나사(72), 구동 롤러(5')의 일단부에 회전력을 전달하는 구동축(6'), 구동 롤러(5')와 구동축(51)을 연결하는 커플링(Coupling; 52), 상기 구동축(51)의 바깥측에 연결되는 구동휠(Wheel; 8'), 상기 구동휠을 벨트(9')와 연결을 통해 구동시키는 풀리(Pulley; 10'), 회전체(2')를 고속으로 회전시키기 위해 구비되는 변속장치(18), 상기 변속 장치와 연결하는 AC 모터(11')로 이루어진다.More specifically, the balancing machine (Balancing Machine) 1 'of the present invention is a frame (3') for supporting the rotor (Rotor) 2 'of the object to measure the unbalance amount (vibration) for supporting the test bench (Isolator; 30), a vertical plate (Pedestal; 4 '), each provided on the experimental table (3') at regular intervals, and a guider device (Guider) to enable the interval movement of the vertical plate (4 ') of one side ), A driving roller 5 'installed on the vertical plate 4' on one side, and a supporting roller 6 'installed on upper and lower portions of each vertical plate, to prevent axial fluctuations of the specimen. The height of the clamper (61 '), the cover (7') holding the upper support roller (6 '), and the size of the rotor (2') are prevented from falling out of the rotor (2 '). An upper roller jig 71 for adjusting, a fixing screw 72 for fixing the roller jig 71, a drive shaft 6 'for transmitting rotational force to one end of the driving roller 5', a sphere Coupling 52 connecting the roller 5 'and the drive shaft 51, a drive wheel 8' connected to the outer side of the drive shaft 51, and the drive wheel 9 '. And a pulley (10 ') for driving through a connection, a transmission (18) provided for rotating the rotating body (2') at high speed, and an AC motor (11 ') for connecting with the transmission.

또한 상기 불평형량 감지 수단으로서, 상기 실험대(3')에 놓인 회전체(2')의 휘돌림 진동량(진폭과 위상)을 측정하는데 필요한 비접촉식 갭 센서(Gap Sensor; 12'), 시간 및 위상의 기준을 잡아주는데 필요한 광 센서(Photo Sensor; 13'), 가동 중에 회전체의 진동량이 한계값에 다다르면 자동적으로 동력이 차단되도록 하는 자동 차단 장치(19), 회전체(2')의 속도를 제어하기 위해 상기 AC 모터(11')를 제어하는 속도 제어기(14'), 그리고 상기 갭 센서(12')와 광 센서(13')로부터 검출된 신호를 디지털 신호로 변환시키는 A/D 컨버터(Converter; 15'), A/D 컨버터를 통해 변환된 측정 데이터를 처리하는 컴퓨터 분석기(16')로 이루어지며, 상기 테이터들을 근거로 컴퓨터 분석기(16')에 내장된 회전체 동력학계의 수학적 모델을 기초로 한 알고리즘(algorithm)들로 이루어진 불평형 계산 S/W에 의해 회전체(2')의 불평형량(크기와 위상)을 계산한다.In addition, as the unbalance amount detecting means, a non-contact gap sensor (12 '), time and phase required to measure the amount of swing vibration (amplitude and phase) of the rotating body 2' placed on the bench 3 '. Photo sensor (13 ') necessary to set the standard, the automatic shut-off device 19 and the speed of the rotating body 2' to automatically cut off the power when the vibration amount of the rotating body reaches the limit value during operation A speed controller 14 'for controlling the AC motor 11' for controlling, and an A / D converter for converting signals detected from the gap sensor 12 'and the optical sensor 13' into digital signals ( 15 '), a computer analyzer 16' which processes measured data converted through an A / D converter, and based on the data, a mathematical model of a rotating body dynamic system built into the computer analyzer 16 '. Unbalance calculation S / W consisting of algorithms based on By an unbalance (amplitude and phase) of the rotor (2 ') is calculated.

본 발명의 회전체 평형 잡기 장치의 작동은 다음과 같이 이루어진다.Operation of the rotating body balancing device of the present invention is performed as follows.

어떤 회전체의 밸런싱을 얻으려 할 때, 실험자는 우선 컴퓨터 분석기(16')를 온(on) 시킨 후 회전체의 길이에 적당하게 실험대(3')의 일측 수직판(4')을 가이더 장치(30)를 통해 간격을 맞춰 고정한다. 그런 다음, 덮개(7)를 열고 수직판(4')에 고정된 하부 롤러(5',6')에 회전체(2')의 양단을 각각 위치시켜 덮개(7')를 닫고 걸이쇠를 잠그어 고정시킨다. 그런 다음, 상부 지지 롤러(6')가 회전체(2')를 위에서 눌러 안정시킬 수 있도록 상부 롤러 지그(71)를 통해 밀어 부친 후, 고정 나사(72)로 고정시킨다. 회전체가 운전 중에 축방향으로 요동하지 못하도록 클램퍼(61)를 회전체(2')의 끝에 위치하여 잡아준다. 그런 다음, 불평형량 감지 수단의 갭 센서(12')를 회전체(2')의 가까이에 접근시키고 자석식 고정구로 고정시킨다. 회전축 일측에 반사 테이프를 부착시키고 그 지점에 수직으로 광 센서(13')를 위치시킨다. 계속해서, 변속 장치(18)를 조절하여 최대 운전 속도를 정한 후, 모터(11')에 전류를 인가시켜 모터(11')의 풀리(10')와 연결되는 구동휠(8')을 회전시킬 수 있게됨에 따라 구동축(51)과 커플링(62)을 통하여 구동 롤러(5')를 회전시킴에 따라 마찰에 의해 회전체(2')가 회전될 수 있도록 한다.In order to achieve balancing of a certain rotor, the experimenter first turns on the computer analyzer 16 'and then guides the vertical plate 4' on one side of the bench 3 'appropriately to the length of the rotor. Fix the interval through (30). Then, open the cover 7 and place both ends of the rotor 2 'on the lower rollers 5' and 6 'fixed to the vertical plate 4' to close the cover 7 'and close the latch. Lock and secure. Then, the upper support roller 6 'is pushed through the upper roller jig 71 so that the rotating body 2' can be pressed from above and stabilized, and then fixed with the fixing screw 72. The clamper 61 is positioned at the end of the rotating body 2 'so as not to swing in the axial direction during operation. Then, the gap sensor 12 'of the unbalance detection means is brought close to the rotor 2' and fixed with a magnetic fastener. The reflective tape is attached to one side of the rotating shaft and the optical sensor 13 'is positioned perpendicular to the point. Subsequently, after adjusting the transmission 18 to determine the maximum driving speed, a current is applied to the motor 11 'to rotate the drive wheel 8' connected to the pulley 10 'of the motor 11'. By rotating the drive roller 5 'through the drive shaft 51 and the coupling 62, the rotor 2' can be rotated by friction.

그에 따라서, 실험대(3')의 회전체(2') 가까이에 설치된 갭 센서(12')로부터 측정된 데이터와 광 센서(13')로부터 측정된 펄스 데이터들이 A/D 컨버터(15')에 의해 컴퓨터 분석기(16')에 보내진다. 상기 컴퓨터 분석기(16')에서는 내장된 데이터 처리 장치에 의해 진동량이 계산되고 계산된 진동량을 근거로 내장된 불평형S/W를 통해 회전체(2')에 내재된 불평형량(크기와 위상)이 계산된다.Accordingly, the data measured from the gap sensor 12 'installed near the rotor 2' of the bench 3 'and the pulse data measured from the optical sensor 13' are transferred to the A / D converter 15 '. Is sent to the computer analyzer 16 '. In the computer analyzer 16 ', the vibration amount is calculated by the built-in data processing device, and the unbalance amount (magnitude and phase) inherent in the rotating body 2' through the built-in unbalanced S / W based on the calculated vibration amount. This is calculated.

이때, 회전체(2')가 급격히 진동이 켜져서 갭 센서와 충돌할 정도에 다다를시 AC 모터(11')를 자동으로 오프시키는 자동 차단장치(19)가 작동된다.At this time, the automatic shut-off device 19 for automatically turning off the AC motor 11 'when the rotating body 2' suddenly turns on the vibration and collides with the gap sensor is activated.

또한, 본 발명의 평형 잡기 방법의 특징에서,Further, in the feature of the balancing method of the present invention,

1) 여러 회전속도의 측정 데이터들을 동시에 이용하는 방법으로서,1) A method of simultaneously using measurement data of several rotational speeds,

- 영향 계수법과 모드 평형 잡기법 보다 정밀도를 높인다.-It has higher precision than the influence coefficient method and the mode balancing method.

2) 수학적 모형을 근거로 한 평형 잡기 방법으로서,2) a balancing method based on a mathematical model,

- 회전체 동력학 해석 및 측정 정보들을 평형 잡기에 이용한다.-Rotor dynamics analysis and measurement information are used for balancing.

3) 시도질량의 회수를 줄인 간편한 작업 방법의 실행을 가능하게 한다.3) It is possible to implement a simple method of work that reduces the number of trial masses.

수학적 모형을 근거로 한 평형 잡기 기본 공식의 유도에서,In derivation of the equilibrium basic formula based on a mathematical model,

- 회전체계를 등방성 회전체 동역학계(Isotropic Rotor Dynamic System)로 가정한다.Assume that the rotation system is an isotropic rotor dynamic system.

- 기초부는 강체(rigid body)로 가정한다.The foundation is assumed to be a rigid body.

여기서, M,B,C, 및 K는 각각 질량, 자이로, 감쇠, 및 강성 행렬들이다.는 측정점의 휘돌림 운동이며,는 런아웃(runout; 회전체를 천천히 돌렸을 때의 휘돌림 운동)이다.Where M, B, C, and K are mass, gyro, attenuation, and stiffness matrices, respectively. Is the whirl movement of the measuring point, Is a runout (wound motion when the rotating body is slowly rotated).

불평형 응답은,The unbalanced response is

런아웃은,Runout,

(2),(3)을 (1)에 대입하면,Substituting (2), (3) into (1),

M0= M+B (4')M 0 = M + B (4 ')

본 발명의 평형 잡기 방법에서,In the balancing method of the present invention,

- 미지수는 K, M0, C 행렬의 성분들 및 집중 불평형량의 실수 및 허수부 성분들이다.The unknowns are the components of the K, M 0 and C matrices and the concentration unbalance Are real and imaginary components.

- 식(4)을 기본 공식으로 하여 시편의 특정 위치에 시도질량을 달고 매회 진동량을 측정한 후 미지수를 규명한다.-Based on Equation (4), attach a trial mass to a specific position of the specimen, measure the vibration amount each time, and identify the unknown.

시도질량을 시편에 달고 회전속도 ΩS에서 측정한 진동량에 대하여,Mass On the test specimen and measured at the rotational speed Ω S about,

r=0,1,2,...R, s=1,2,...,S.이며,r = 0,1,2, ... R, s = 1,2, ..., S.,

미지수를로 표시하고 식(5)를 정리하면,Unknown If you sum up the equation (5),

; K,C,M0의 미지성분들로 이루어진 실수 미지벡터. ; K, C, M 0 and Real unknown vector of unknown components.

로 정의되는 실수행렬. Real matrix defined by.

및 ΩS, s=1,2,...S로 정의되는 실수 벡터. And a real vector defined by Ω S , s = 1,2, ... S.

M; 방정식의 개수M; Number of equations

N; 미지수의 개수N; Number of unknowns

최소 자승법을 이용하면 식(6)은 다음과 같이 계산된다.Using the least-squares method, Eq. (6) is calculated as

본 발명의 평형 잡기 절차는 다음과 같다.The balancing procedure of the present invention is as follows.

단계 a는 시편의 측정면을 n개, 바람직하게는 3개 이상의 개수로 설정하여 일련번호를 표시한다. 수정면은 측정면과 일치시킨다.Step a displays the serial number by setting the number of measurement surfaces of the specimen to n, preferably three or more. The crystal plane coincides with the measurement plane.

단계 b는 시편을 평형 잡기 머신에 올려놓고, 런아웃와 S개의 샘플링 회전속도 ΩS에 대하여, '있는 그대로의 상태로' 돌려서 각 측정면에서 시편의 회돌림 운동(whirl motion)을 측정한다.Step b puts the specimen on the balancing machine, run out With respect to and S sampling rotational speeds Ω S , rotate the specimen as it is, `` whirl motion '' in each measurement plane. Measure

단계 c는 시편의 수정면 #1에 시도질량(trial weight)을 달고, 단계 b와 같이 휘돌림 운동을 측정한다.Step c is the trial weight on crystal plane # 1 of the specimen And whirling as in step b Measure

단계 d는 시도질량을 수정면 #1에서 수정면 #R(R< n)까지 옮겨 달면서 매회 단계 c를 반복한다.Step d repeats step c each time transferring the trial mass from crystal plane # 1 to crystal plane #R (R <n).

단계 e는 단계 b 내지 단계 d의 전 과정에서 측정한 값을 근거로 본 발명의 기본공식(수학식 8)을 이용하여 수정면에서의 등가 불평형량을 산출한다.Step e is equivalent equilibrium amount in the correction plane using the basic formula (Equation 8) of the present invention based on the values measured in the entire process of steps b to d To calculate.

단계 f는 산출한 불평형량을 상쇄시키는 보상불평형량을 단다.Step f is the compensating imbalance that offsets the calculated unbalance Hangs

종래 기술과의 비교에서In comparison with the prior art

(1) 분산 오차에 대한 영향(1) Influence on dispersion error

영향 계수법과 본 발명의 방법에 대하여 측정의 분산 오차로 인한 결과의 분산도를 모사실험(Simulation)에 의해 비교하고자 한다(도 5a 및 도 5b 참조).For the influence coefficient method and the method of the present invention, the dispersion of the result due to the dispersion error of the measurement is compared by simulation (see FIGS. 5A and 5B).

1. 모사실험의 대상1. Subjects of simulation

- 강체 베어링 지지의 회전체-유연축계-Rotor-flexible shaft system for rigid bearing support

- 양면 평형 잡기-Balance both sides

2. 측정의 분산 오차2. Dispersion Error of Measurement

- 진동량은 유한 요소법으로 응답을 산출한 후 갭 센서와 분해도 및 직진성을 고려하여 랜덤 발생으로 산출된 진동량에 부과시켰다.-After the response was calculated by the finite element method, the vibration amount was imposed on the vibration amount calculated by random generation in consideration of the gap sensor, resolution, and straightness.

- 갭 센서의 분해도는 1 μm, 직진성은 0.16mm 까지는 0.5%, 0,16mm 이상은3.0%이다.-The resolution of the gap sensor is 1 μm, the linearity is 0.5% up to 0.16mm, and 3.0% over 0,16mm.

3. 분산 오차에 대한 평형 잡기 결과의 분산도3. Variance of Equilibrium Results for Variance Errors

- 모사 실험으로 얻은 진동량을 가지고 불평형량을 규명한 결과 도 5a 및 도 5b와 같은 분산도를 나타내었다.-As a result of identifying the unbalance amount with the vibration amount obtained by the simulation, the dispersion degree as shown in FIGS. 5A and 5B is shown.

- 표준 편차는 샘플링 회전속도에 따라 다름을 알 수 있다(도 6참조).It can be seen that the standard deviation depends on the sampling rotation speed (see FIG. 6).

- 회전속도는 전구간에 걸쳐 본 발명의 방법이 영향 계수법 보다 표준 편차가 적은 것으로 나왔다(도 6참조).Rotational speed showed that the method of the present invention had a smaller standard deviation than the coefficient of influence method over the entire period (see FIG. 6).

기존의 장치는 영향 계수법을 기본 알고리즘으로 사용하고 있기 때문에 샘플링 속도를 하나로 고정시켜야 한다. 그러나, 본 발명의 장치는 여러 개의 속도에 대한 진동량을 측정하여 그것들을 평형 잡기에 모두 이용할 수 있다.Conventional devices use the influence coefficient method as the basic algorithm, so the sampling rate must be fixed to one. However, the apparatus of the present invention can measure vibration amounts for several speeds and use them both for balancing.

따라서, 본 발명의 기술은 종래의 기술 보다 측정 오차에 대한 영향을 덜 받는다. 특히 3면 이상의 평형 잡기에서 회전 속도를 넓은 범위까지 적절히 선택할 수 있으므로 평형 잡기의 정확성을 높일 수 있다.Therefore, the technique of the present invention is less affected by the measurement error than the conventional technique. In particular, since the rotation speed can be appropriately selected to a wide range in three or more plane balancing, the accuracy of the balancing can be improved.

(2) 센서의 종류(2) Type of sensor

종래의 장치는 포스 센서(Force Sensor)를 이용하나 본 발명의 장치는 갭 센서를 사용한다.Conventional devices use force sensors, but the devices of the present invention use gap sensors.

(3) 센서 위치 선택의 자유(3) Free choice of sensor position

본 발명의 장치는 센서를 시편의 원하는 위치에 옮겨서 측정할 수 있다. 즉, 측정에 유리한 위치를 선택할 수 있다.The device of the present invention can measure by moving the sensor to the desired location of the specimen. In other words, it is possible to select a position advantageous for the measurement.

(4) 평형 잡기 면수(4) the number of equilibrium faces

포스 센서를 이용한 종래의 장치는 센서를 베어링 지지부 2곳에만 설치할 수 있으므로 삼면 이상의 평형 잡기는 불가능하다. 본 발명의 장치는 원하는 위치에 원하는 개수만큼 센서를 설치할 수 있기 때문에 간단한 장치로 삼면 이상의 평형 잡기가 가능하다.In the conventional apparatus using the force sensor, the sensor can be installed only at two bearing supports, so that it is impossible to equilibrate more than three surfaces. Since the apparatus of the present invention can install the desired number of sensors at a desired position, it is possible to equilibrate more than three surfaces with a simple apparatus.

(5) 경비 절감(5) cost reduction

시도 질량의 회수를 많이 하면 할수록 측정 결과는 정확하게 나온다. 그러나, 경비의 문제가 있기 때문에 원하는 정밀도의 범위 내에서 가능한 한 적은 회수로 평형 잡기를 해야한다. 종래의 장치는 영향 계수법을 근거로 한 것이기 때문에 시도 질량의 회수는 경비 문제를 떠나 최소한 평형 잡기 면수 만큼은 해야 한다.The more the trial mass is recovered, the more accurate the measurement result is. However, there is a cost problem, so it is necessary to equilibrate as few times as possible within the range of desired precision. Since the conventional apparatus is based on the influence coefficient method, the number of attempted masses must be at least as large as the number of equilibrium planes, apart from the expense.

본 발명의 장치는 원하는 정밀도의 범위 내에 든다면 시도 중량의 회수를 단 한번으로 할 수도 있다. 정밀도가 그다지 높지 않은 대신에 많은 물량을 평형 잡기 해야 하는 경우에는 시도 중량의 회수를 줄여 시간과 경비를 절감할 수 있다.The apparatus of the present invention may only recover the trial weight once if it falls within the range of desired precision. If the precision is not very high and you have to balance large quantities, you can save time and money by reducing the number of trial weights.

종래의 기술과 본 발명의 기술의 비교Comparison of Conventional Techniques and Techniques of the Invention 방법항목Method Item 종래의 방법Conventional method 본 발명의 방법Method of the invention 본 발명의 방법의 유용성 및 효과Usefulness and Effects of the Methods of the Invention 측정 오차에 대한 영향Impact on measurement error 측정 오차에 민감Sensitive to Measurement Errors 측정 오차에 강인함Robust to measurement error LSM을 이용하여 측정 오차를 보정할 수 있음샘플링 속도를 여러개 택할 수 있기 때문에 고차 모드 평형 잡기에 유리한 측정 데이터를 확보할 수 있음LSM can be used to compensate for measurement errors Multiple sampling rates can be used to obtain measurement data advantageous for higher-order mode balancing 센서의 위치Sensor location 지지부(2 곳)에 고정됨Fixed to the support (two places) 사용자가 측정에 유리한 위치를 자유로히 선택할 수 있음The user can freely select the position that is advantageous for the measurement 측정에 유리한 위치에서는 그 만큼 측정의 정밀도가 향상되기 때문에 정밀도를 높이는데 유리함It is advantageous to increase the precision because the accuracy of the measurement is improved by the position that is advantageous for the measurement. 평형 잡기 면수Equilibrium Surface Count 양면 평형 잡기Balance Both Sides 삼면 이상의 평형 잡기 가능함Can equilibrate more than three sides 진동변위 측정 방식이므로 측정점의 개수를 3개 이상 늘릴 수 있음공작기계 주축과 같은 유연체로부터의 평형 잡기가 가능Vibration displacement measurement method can increase the number of measuring points by 3 or more. Equilibrium can be balanced from a flexible body such as a machine tool spindle. 경비 절감Cost reduction 시도중량의 회수는 평형 잡기 면수 이상이 되어야함The number of trial weights should be greater than or equal to the number of equilibrium faces 평형 잡기 면수 이하의 시도 중량 회수로도 평형 잡기가 가능Equilibrium can be achieved even with the number of trial weights below the number of planes 다량의 제품을 신속히 평행 잡기 할 경우는 절차의 간소화 및 경비 절감을 꾀할 수 있음Rapid parallelization of large quantities of products can simplify the process and reduce costs.

본 발명의 방법은 작업의 전과정에서 회전속도를 임의로 여러 개 선택할 수 있기 때문에 측정오차에 강하며, 특히 3면 이상의 평형 잡기에서 회전속도를 넓은 범위까지 적절히 선택함으로써 정확성을 높일 수 있는 유연성도 가지고 있다.The method of the present invention is resistant to measurement errors because several rotational speeds can be arbitrarily selected throughout the operation of the work. .

본 발명의 방법은 영향 계수법이나 모드 평형 잡기법의 경우처럼 운전회수를 일정량 이상 반드시 유지해야는 제한 조건이 없다. 본 발명의 방법은 방정식의 개수를 늘리기 위해 운전회수를 늘려주는 것도 있지만 한 운전에서 샘플링할 회전속도 개수만을 늘려주어 방정식의 개수를 맞추는 방법도 있다.The method of the present invention is not limited to maintaining the driving frequency more than a certain amount as in the case of the influence coefficient method or the mode balancing method. The method of the present invention may increase the number of driving to increase the number of equations, but there is also a method of matching the number of equations by increasing only the number of rotational speeds to be sampled in one operation.

시도질량을 여러번 달아 평형 잡기를 하면 물론 정밀도가 향상되는 것은 기정 사실이다. 그러나, 경제적인 측면을 고려할 때, 어느 정도의 정밀도를 만족하는범위 내에서 운전 회수를 줄일 필요가 있는 경우도 얼마든지 있다. 본 발명의 방법이 시도질량의 회수를 자유롭게 조절할 수 있다는 것이 경제적인 측면에서 매우 유리한 점이다.It is a given that the accuracy is of course improved by balancing the trial mass several times. However, in consideration of economic aspects, there are many cases where it is necessary to reduce the number of operations within a range that satisfies a certain degree of precision. It is very advantageous from an economic point of view that the method of the present invention can freely control the recovery of attempted mass.

본 발명의 방법은 운동방정식에서 출발하였기 때문에 모드 평형 잡기법 과 같은 정도의 모형오차가 존재한다. 그러나, 절단오차는 없다.Since the method of the present invention starts from the equation of motion, there is a model error of the same degree as the mode equilibrium method. However, there is no cutting error.

결과적으로, 본 발명의 방법은 기존의 상용 기술인 영향 계수법 이나 모드 평형 잡기법 보다 경제적인 측면이나 정도의 측면이나 편의성의 측면에서 우수성을 가지고 있는 혁신적인 기술이다.As a result, the method of the present invention is an innovative technique having superiority in terms of economy, degree, or convenience compared to the existing commercially available influence coefficient method and mode balancing method.

Claims (5)

실험대에 놓인 임의의 시편(회전체) 자체 내에 내재된 불평형 질량을 찾아, 불평형량을 보상하여 회전체의 평형을 유지시키는 회전체의 평형 잡기 장치에 있어서,In the equilibrium device of the rotating body to find the unbalanced mass inherent in any specimen (rotator) itself placed on the bench, to compensate the unbalance amount to maintain the balance of the rotor, 상기 시편(회전체)이 회전할 때 시편의 휘돌림 진동량(진폭과 위상)을 3면 이상의 원하는 위치에서 다각도로 측정하는 불평형량 감지 수단;Unbalance amount sensing means for measuring the amount of oscillation vibration (amplitude and phase) of the test piece at various angles at three or more desired positions when the test piece (rotator) rotates; 상기 불평형량 감지수단을 통해 다각도에서 측정된 값으로부터 해당 시편의 불평형량을 3면 이상의 수정면에서 보상 가능한 분석 알고리즘을 내장한 컴퓨터 분석수단을 구비한 것을 특징으로 하는 회전체의 평형 잡기 장치.And a computer analysis means incorporating an analysis algorithm capable of compensating for an unbalance amount of the specimen in three or more correction surfaces from values measured at multiple angles through the unbalance amount detection means. 제 1항에 있어서, 상기 감지 수단은 상기 실험대에 놓인 회전체의 휘돌림 진동량을 측정하는 갭 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전체의 평형 잡기 장치.2. The apparatus of claim 1, wherein the sensing means comprises a gap sensor for measuring the amount of vibration of the rotating body placed on the bench. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 가동중 회전체의 진동량이 한계값에 다다르면 자동적으로 동력이 차단되도록 하는 자동 차단 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전체의 평형 잡기 장치.3. The balancing device of claim 1 or 2, further comprising an automatic shut-off device which automatically shuts off power when the vibration amount of the rotating body reaches a limit value during operation. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 회전체를 속도 제어하기 위하여 AC 모터를 제어하는 속도 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전체의 평형 잡기 장치.The apparatus of claim 1 or 2, further comprising a speed controller for controlling an AC motor to control the speed of the rotating body. 실험대에 놓인 임의의 시편(회전체) 자체 내에 내재된 불평형 질량을 찾아, 불평형량을 보상하여 회전체의 평형을 유지시키는 회전체의 평형 잡기 방법에 있어서,In the method of balancing the rotating body to find the unbalanced mass inherent in any specimen (rotator) itself placed on the experiment table, to compensate the unbalance amount to maintain the balance of the rotor, 상기 시편의 수정면을 3개 이상의 개수로 설정하여, 측정면을 수정면과 일치시키고, 각 측정면에서 시편의 회돌림 운동을 측정하고, 상기 시편의 각 수정면에서 시도질량(trial weight)을 옮겨 달면서 매 측정면 마다 상기 시편의 휘돌림 운동을 측정하여, 상기 측정한 값을 이용하여, 운동 방정식을 근거로 한 수학식[]을 기본 공식으로 하여 각 수정면에서의 등가 불평형량을 산출하고, 해당 시편의 불평형 질량을 보상하는 것을 특징으로 하는 회전체의 평형 잡기 방법.By setting the crystal plane of the specimen to the number of three or more, to match the measurement plane with the crystal plane, the rotational movement of the specimen in each measurement plane And the trial weight at each crystal plane of the specimen Whirl movement of the specimen in every measurement plane By using the measured value, the equation based on the equation of motion [ ] Is the basic formula for equivalent unbalance in each correction plane Calculating and compensating for the unbalanced mass of the specimen.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020060806A (en) * 2001-01-12 2002-07-19 이현철 Balance Machine of a Amature Rotor
DE102009038011B9 (en) * 2009-08-20 2018-04-12 Schenck Rotec Gmbh Method for automatic detection and detection of errors on a balancing machine
CN112117875A (en) * 2020-10-19 2020-12-22 长春工业大学 Novel liquid type rotor dynamic balance head structure
CN116659749B (en) * 2023-07-25 2023-10-03 山东省产品质量检验研究院 Rotor balance detection device of three-phase asynchronous motor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102026684B1 (en) * 2018-10-04 2019-11-14 영신금속공업 주식회사 Vision inspector of hourglass worm

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