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驱动轴平衡机和平衡方法

May 04, 2016

1.一种用于驱动轴的动平衡的驱动轴平衡机,包括布置在机床上的至少两个基座,每个基座包括安装在弹簧上的上部,并接收围绕轴旋转的心轴,并且包括支撑件要平衡的驱动轴的端部和第一振动传感器,其检测由于驱动轴的不平衡导致的上部的振动,以及进一步包括与主轴相关的至少第一运动自由度的力其中至少一个基座的上部安装有第二振动传感器,该第二振动传感器以至少第二自由度检测上部的振动,并且其中将第一和第二振动传感器的振动信号馈送到分析振动信号并将它们连接起来的评估电路,使得上部的俯仰振动激励不会进入驱动器的不平衡值 在评估中计算出的。

2.根据权利要求1所述的平衡机,其中,在至少一个基座的上部设置有第三振动传感器,以检测所述上部在所述心轴的轴线方向上的振动,并且所述评估电路被配置从第三振动传感器的振动信号中确定轴向力激励,并且在评估不平衡测量时,从用于计算不平衡水平的振动信号中去除轴向力激励的分量。

3.根据权利要求1所述的使用平衡机的驱动轴的动态平衡的方法,其中校准步骤先于驱动轴的不平衡测量,其中在平衡机的两个基座中的每一个上执行单独的参考运行,包括执行具有零或低横向力和力矩激励的第一参考行程,具有已知幅度的横向力激励的第二参考行程和具有已知幅度的力矩激励的第三参考行程,并且谐波地分析所检测的参考的振动信号运行,将它们作为参数存储并用于计算校准矩阵,并且通过使用计算的校准矩阵来评估驱动轴的随后的不平衡测量中的振动信号,使得俯仰振动激励不进入不平衡值驱动轴在评估中计算出。

4.根据权利要求3所述的方法,其中在所述校准步骤中,执行具有轴向力激励的另一个参考行程,并且通过振动传感器检测至少一个基座的上部在主轴方向上的振动谐波分析,作为校准因子存储,并且在随后的驱动轴的不平衡测量中与振动信号分离以计算不平衡值。

描述:

相关申请的交叉引用

申请人根据2013年2月12日提交的德国申请号10 2013 101 375.9的35 USC§119要求优先。

技术领域

本发明涉及一种用于驱动轴的动平衡的驱动轴平衡机,其包括布置在机床上的至少两个基座,每个基座包括安装有绕轴线旋转的心轴的弹簧安装的上部,并且包括支撑件为了平衡驱动轴的端部,以及第一振动传感器,其检测由于驱动轴的不平衡而引起的上部的振动,以及进一步涉及至少一个与主轴垂直的运动的第一自由度的力轴。 本发明还涉及一种用于驱动轴的动平衡的方法。

背景技术

驱动轴平衡机尤其是DE 28 02 367 B2和US Pat。 No. 6,694,812 B2。 在驱动轴平衡机中,待平衡的驱动轴在任一端由基座的旋转主轴接收。 主轴通过弹簧承载在支撑在底座上的轴承座中。 通常为弹簧的弹簧以使其能够由于其主轴的平行位移而振动的方式布置,并且仅响应于由驱动轴的不平衡产生并传递到上部的横向力通过接头和主轴。 考虑到驱动轴的接头不传递弯矩,驱动轴平衡机的基座被构造为单平面的不平衡测量装置,每个基座上布置有一个振动传感器,以检测基座上部的振动垂直于主轴轴线的运动自由度。 这种配置在实践中已被证明。

在DE 15 73 670 B2已知的曲轴平衡机中,基座的支承托架承载在具有位于轴承平面中的不同测量方向的两个振动检测力换能器上。 通过根据它们的笛卡尔振动分量评估电路来分离两个力传感器的信号,由此表示圆形和极性或反圆形分量。

JP 57 165 731A公开了一种不平衡校正系统,其中转子通过轴承销承载在两个轴承中。 每个轴承包括用于检测轴承销的振动的第一振动传感器,并与其间隔开第二振动传感器,该第二振动传感器沿与第一振动传感器相同的方向测量并检测布置在轴承销端部的联接部件的振动。

发明内容

由于需要在其正常运行速度附近附近以相对较高的速度测量传动轴,所以表明在较高速度下,不能满足不平衡测量的精度要求。 因此,本发明的目的是提供一种最初涉及的驱动轴平衡机,其能够在接近驱动轴的正常行驶速度的较高平衡速度下进行精确测量。 本发明的另一个目的是提供一种最初提到的类型的改进方法。

关于驱动轴平衡机,所涉及的目的是通过权利要求1所述的特征来实现的。 平衡机的有利实施例在权利要求2中阐述。 关于该方法,所涉及的对象由权利要求3所述的方法特征来实现,并且该方法的进一步发展是利用权利要求4所述的特征来实现的。

在本发明的驱动轴平衡机中,至少一个基座的上部安装了第二振动传感器,该第二振动传感器以至少第二自由度检测上部的振动,第一振动传感器所述第二振动传感器被馈送到评估电路,所述评估电路分析所述振动信号并将所述振动信号连接,使得所述上部的俯仰振动激励不进入所述评估中计算出的所述驱动轴的不平衡值。

本发明的目的在于,在相对较高的平衡速度的情况下,基座上部,并且由于由不平衡引起的横向力的异常激励和垂直于旋转轴线的弹簧支撑而引起的振动,其中主轴轴不再纯粹地平行移动,所以运动包含围绕在横向于主轴轴线并横向于弹簧支撑件的引导方向的方向延伸的轴线的间距的附加部件。 支撑上部的弹簧的动态刚度(抵消俯仰运动的刚度)在高速度下降低,并且随着速度的增加,可能会产生俯仰共振,其中基座上部不再仅对径向力产生反应,对力矩激发高度敏感。 由于本发明的平衡机的结构,通过第二振动传感器,在执行俯仰运动的第二自由度中检测上部的振动,并且与不平衡引起的振动分量进行评估计算。 以这种方式,避免了由更高的平衡速度引起的降低的测量精度。

根据本发明的另一方案,第三振动传感器可以布置在基座的上部,以检测上部在主轴方向上的振动,其中评估电路被配置成从振动第三振动传感器的信号通过轴向力激励,并且在不平衡测量的评估中除去用于计算不平衡水平的振动信号的轴向力激励的分量。

平衡机的这个实施例的优点在于,可能导致由振动传感器检测到的振动信号中的干扰分量的旋转频繁的轴向力不会不利地影响不平衡测量的精度。 驱动轴的不平衡测量可能会产生旋转频繁的轴向力,因为它们没有以滑动构件或轴向位移的等动力接头的形式进行轴向补偿。

本发明的方法包括在驱动轴的不平衡测量之前的校准步骤,其中在平衡机的两个基座中的每一个上执行单独的参考运行,包括执行具有零或低横向力和力矩激励的第一参考行程,具有已知幅度的横向力激励的第二参考运行,以及具有已知幅度的力矩激励的第三参考运行,对参考运行的检测到的振动信号进行协调分析,将其存储为参数并使用它们来计算校准矩阵,并且通过使用所计算的校准矩阵来评估驱动轴的随后的不平衡测量中的振动信号,使得俯仰振动激励不进入在评估中计算出的驱动轴的不平衡值。

在该方法的另一实施例中,可以在校准步骤中提供具有轴向力激励的另一参考行程,以借助于振动传感器来检测基座的上部方向上的轴的方向上的振动,对它们进行谐波分析,将它们作为校准因子存储,并在随后的驱动轴的不平衡测量中将其与振动信号分开,以计算不平衡值。

附图说明

下面将参考附图中所示的实施例对本发明进行更详细的说明,其中:

图。 图1是现有技术驱动轴平衡机的示意图;

图。 图2是本发明的驱动轴平衡机的基座的示意图。

具体实施方式

图。 图1示出了用于平衡驱动轴的已知平衡机10的基本结构。 平衡机10包括机床12 ,两个基座13,14彼此相对配置。 基座具有相应的底座15,16 ,该基座15,16安装成沿着在机床12的纵向方向上延伸的直线导轨中的纵向位移,并且可移动以使基座13,14之间的距离与驱动轴的长度相适应被接收。 基座15,16分别通过弹簧19,20承载在其上的上部17,18 每个上部17,18容纳安装成用于在轴承壳体中旋转的相应的主轴21,22 两个上部17,18的主轴21,22同轴地布置并且在它们的相对端具有夹紧装置23,24 ,以便精确地居中地定位驱动轴W的紧固端,例如端部凸缘。至少一个上部,在图中上部18包括驱动马达25 ,该驱动马达25适于将主轴22安装,从而使安装的驱动轴W转动。 另一个主轴21与驱动轴W的安装端一起可自由旋转,但也可以设置有驱动马达。 每个上部17,18还包括相应的振动传感器26,27 ,其在一个方向上检测相应上部17,18的振动,在该实施例中垂直方向,并以电信号的形式将它们发送到电子评估和计算设备。 为了测量主轴21,22的旋转运动,还提供了电动转角传感器28 ,其同等地连接到评估和计算装置。

在测量运行期间,驱动轴W以速度Ω驱动,驱动轴W的不平衡激励基座13,14的上部17,18的振动。 检测振动及其速度,并且它们的相位和幅度使得能够在两个测量平面中确定驱动轴10的不平衡。 驱动轴的测量平面是垂直于旋转轴线并穿过接头中心的平面,因为由不平衡U引起的力作为横向力Q传递到安装在主轴上的驱动轴法兰。 在测量平面中也可以检测到驱动轴法兰和联轴器部件的不平衡。 驱动轴平衡机的基座13,14的弹簧19,20通常被构造和布置成使得基座13,14的上部15,16作为这些横向力的激励的结果而振荡,导致主轴21,22的轴线进行平行运动,从而保持它们的方向与测量平面正交。 由此实现的结果是,基座13,14专门针对由驱动轴不平衡并由接头传递的横向力。 因此,驱动轴平衡机的每个基座通常表示用于不平衡平面的不平衡测量装置。

驱动轴平衡机的这种已知和常规的结构已被实践证明,并且在低速下产生令人满意的结果。 然而,驱动轴具有朝向轴弹性行为的布置,导致需要在未来正常行驶速度附近以相对高的速度平衡传动轴。 在驱动轴以较高速度运行的情况下,即使在被横向力驱动的情况下,基座上部也不再执行纯平行振动,其振动包含俯仰运动的组成部分,参见 图1所示的基座上部的位置变化。 2虚线。 基座不再对横向力作出反应,而是对弯矩作出反应。 振动传感器的信号u 1 (t)包含由(旋转频繁)横向力{右箭头(Q)}(t)和由(旋转频繁)弯矩引起的分量(右箭头超过(M)) }(t)。 当每个基座使用单个振动传感器时,不可能在这两个原因之间进行分离。 因此,不平衡的确定被作用在基座上部的力矩所破坏。 本发明示出了如何通过使用另外的传感器来避免这些测量误差的方式。

根据本发明,驱动轴平衡机的两个基座的上部配备有第一和第二振动传感器。 图。 图2示出了根据本发明的上部17包括两个振动传感器26,29的驱动轴平衡机10的基座13 基座13的两个振动传感器26,29彼此间隔很宽,其结果是当平行和俯仰振动时,它们传递不同的信号u 1,1 (t)u 1,2 (t)叠加 对于谐波分析的振动传感器的测量信号,平衡技术通常使用a

指针 表示 t = · ω t = 回覆 im · ω t

对于基座的激励,水平和垂直分量

= H v M = M H M v = H v

被引入固定在转子上的坐标系中。

对于激励力和激励力矩,以下线性相关性成立

H v M H M v = 一个 b C d - b 一个 - d C e F G H - F e - H G · 1 回覆 1 im 2 回覆 2 im

由于对称性,在4×4校准矩阵中仅出现八个自由参数。 这些可以通过在参考运行中生效来确定,例如,小激励{(Q)} 0≈0,{右箭头(M)} 0≈0的右箭头,随后是第一和第二已知幅度的激励,例如{右箭头(Q)} I = Q Kal ,{右箭头(M)} I≈0,{右箭头(Q)} II≈0,{向右箭头M)} II = M Kal ,其中传感器信号被和谐地分析并保存为{右箭头(u)} 1 0 ,{右箭头(u)} 1 I ,{右箭头(u)} 1 II ,{右箭头(u)} 2 0 ,{右箭头(u)} 2 I ,{右箭头(u)} 1 II

适当地,可以通过将测试不平衡元件放置在主轴上来产生激励。 使用这种方法,每个基座被分开考虑。

八个自由参数a。 h通过求解形式的线性方程组得到等式的转置

一个 _ _ · 一个 b C d e F G H = H 一世 - H 0 v 一世 - v 0 M H 一世 - M H 0 M v 一世 - M v 0 H 二, - H 0 v 二, - v 0 M H 二, - M H 0 M v 二, - M v 0

矩阵A的系数取决于谐波分析的测量信号的差异


({right arrow over(u)} 1 I - {right arrow over(u)} 1 0 ),({right arrow over(u)} 1 II - {right arrow over(u)} 1 0 ) (u)} 2 I - {右箭头(u)} 2 0 ),({右箭头(u)} 2 II - {右箭头(u)} 2 0 )。

一旦校准矩阵已知,可以在所有后续测量中分离横向力和力矩激励:

H v = 一个 b C d - b 一个 - d C · 1 回覆 1 im 2 回覆 2 im

分别,

M H M v = e F G H - F e - H G · 1 回覆 1 im 2 回覆 2 im

随后的考虑因素将适用于具有两个基座的整个平衡机。

第一和第二基座的横向力激励

1 H 1 v 2 H 2 v

然后可以被馈送到常规的不平衡计算。 然后通过将已知的不平衡元件放置在驱动轴的测量平面中来实现实际的不平衡校准。 以这种方式,可以通过第二传感器几乎完全消除由于力矩的影响引起的测量误差。

第一和第二基座的瞬间激动

M 1 H M 1 v M 2 H M 2 v

通常会被忽略。 在这种情况下,可以测试是否超过极限值,因为驱动轴的制造商除了不平衡的影响外,还可能会试图限制法拉力元件上的力矩的影响。

如果驱动轴没有轴向补偿(例如,滑动构件或可移动的等动力接头),也可能会出现测量问题。 然后,旋转频繁的轴向力可能在测量信号中引入干扰分量。 根据本发明,通过将第三振动传感器30应用于基座13的上部17 ,可以通过旋转频繁的轴向力来检测激励,并且在计算不平衡时考虑。 该方法完全类似于上述描述的方法。 首先进行无激励的参考运行,然后用横向力激励,力矩激励和轴向力激励进行三次校准运行。 在这种方法中,由于不能通过放置测试不平衡元件来实现旋转频繁的轴向力的产生是更困难的。 一种可能性将包括使用真相力激励器,但这将涉及相当大的费用。 更为实践的是例如具有长度补偿的驱动轴,其位于具有限定的轴向偏移的夹具中。 对于参考运行和前两次校准运行,将启用长度补偿,但是在最后一次校准运行时禁用长度补偿。 虽然测量的轴向力的后续量化是不可能的,但是它们可以被分离并且从不平衡测量中消除。