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드라이브 샤프트 평형 기 및 밸런싱 방법

May 04, 2016

기계 베드 상에 배치 된 적어도 2 개의 받침대를 포함하는, 구동축의 동적 평형기를위한 구동축 균형 기계로서, 각각의 받침대는 스프링에 장착 된 상부를 포함하고, 축을 중심으로 회전하는 스핀들을 수용하고, 평형을 이루는 구동축의 단부 및 구동축의 불균형에 기인하는 상부의 진동뿐만 아니라 스핀들 축에 수직 한 적어도 제 1 운동 자유도의 힘을 더 포함하는 제 1 진동 센서 적어도 하나의 받침대의 상부는 적어도 제 2 운동 자유도로 상부의 진동을 검출하는 제 2 진동 센서를 장착하고, 제 1 및 제 2 진동 센서의 진동 신호는 진동 신호를 분석하고 상부의 피치 진동 여기가 드라이브의 불균형 값에 들어 가지 않도록 연결하는 평가 회로 계산에서 계산 된 계산.

제 1 항에있어서, 적어도 하나의 받침대의 상부에 제 3 진동 센서가 배치되어 상기 스핀들의 축 방향으로 상기 상부의 진동을 검출하고, 상기 평가 회로가 구성되는 것을 특징으로하는 밸런싱 머신. 상기 제 3 진동 센서의 진동 신호로부터 축 방향 힘 여기를 결정하고 불균형 레벨을 계산하기 위해 상기 진동 신호로부터 축 방향 힘 여자의 성분을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로하는 방법.

제 1 항에있어서, 캘리브레이션 단계가 구동축의 불균형 측정에 선행하고, 상기 밸런싱 머신의 상기 두 개의 받침대 각각에 대해 개별적인 기준 런이 수행되고, 제로 또는 낮은 횡 방향 힘 및 모멘트 여기를 갖는 제 1 기준 주행, 알려진 크기의 횡력 여기를 갖는 제 2 기준 주행 및 알려진 크기의 모멘트 여기를 갖는 제 3 기준 주행을 수행하고, 기준의 검출 된 진동 신호를 고조파 분석하여 이들을 파라미터로 저장하고 이들을 사용하여 캘리브레이션 행렬을 계산하고, 계산 된 캘리브레이션 행렬을 사용하여 구동축의 후속 불균형 측정에서 진동 신호를 평가함으로써 피치 진동 여기가 불균형 값에 입력되지 않도록한다. 평가에서 계산 된 구동축.

제 3 항에있어서, 상기 교정 단계에서, 축력 여진을 갖는 또 다른 기준 동작이 수행되고, 상기 스핀들의 축 방향으로 적어도 하나의 받침대의 상부의 진동이 진동 센서에 의해 검출되는 것을 특징으로하는 방법. , 고조파 분석되고, 교정 인자로 저장되며, 이후 구동축의 불균형 측정에서 불평형 값 계산을 위해 진동 신호와 분리됩니다.

기술:

관련 출원에 대한 상호 참조

신청자는 2013 년 2 월 12 일에 제출 된 독일 출원 번호 10 2013 101 375.9의 35 USC §119에 의거하여 우선권을 주장합니다.

발명의 분야

본 발명은, 기계 베드 상에 배치 된 적어도 2 개의 받침대를 포함하는 구동축의 동적 평형기를위한 구동축 균형 기계에 관한 것으로, 각각의 받침대는 축을 중심으로 회전하는 스핀들을 장착하는 스프링 장착 상부를 포함하며, 드라이브 샤프트의 단부가 균형을 이루도록하는 제 1 진동 센서와, 구동 샤프트의 언밸런스에 기인 한 상부의 진동뿐만 아니라 스핀들에 수직 인 적어도 제 1 운동 자유도 중심선. 본 발명은 또한 구동 샤프트의 동적 밸런싱 방법에 관한 것이다.

발명의 배경

드라이브 샤프트 밸런싱 기계는 특히 DE 28 02 367 B2 및 US 특허 US 5,135,338에 공지되어있다. 제 6,694,812 B2 호. 드라이브 샤프트 밸런싱 장비에서 평형을 이루는 구동 샤프트는 받침대의 회전 스핀들에 의해 양쪽 끝에서받습니다. 스핀들은 받침대에지지 된 베어링 하우징에 스프링을 사용하여 운반됩니다. 일반적으로 판 스프링 인 스프링은 스핀들 축의 평행 한 변위와 구동축의 불균형에 의해 발생 된 횡력에만 응답하여 상부가 진동 할 수 있도록 배열되어 상부에 전달됩니다 관절과 스핀들을 통해 구동 샤프트의 접합부가 굽힘 모멘트를 전달하지 않는다는 것을 고려하면, 구동 샤프트 밸런싱 머신의 받침대는 단일 평면에 대한 불균형 측정 장치로 구성되며, 하나의 진동 센서는 각 받침대에 배치되어 받침대 상부의 진동을 감지합니다 스핀들 축에 수직 인 모션 자유도. 이 구성은 실제로 입증되었습니다.

DE 15 73 670 B2에 공지 된 크랭크 샤프트 밸런싱 장치에서, 받침대의 베어링 브래킷은 베어링 평면에 놓여있는 상이한 측정 방향을 갖는 2 개의 진동 - 검출 힘 트랜스 듀서 상에지지된다. 두 개의 힘 트랜스 듀서의 신호는 원형 및 극성 또는 반원형 구성 요소가 표시되는 데카르트 진동 구성 요소에 따라 회로를 평가하여 분리됩니다.

JP 57 165 731 A에는 로터가 베어링 핀에 의해 2 개의 베어링으로 운반되는 불균형 보정 시스템이 개시되어있다. 각각의 베어링은 베어링 핀의 진동을 검출하고 그로부터 이격 된 제 1 진동 센서와, 제 1 진동 센서와 동일한 방향으로 측정하고 베어링 핀의 단부에 배치 된 커플 링 부분의 진동을 검출하는 제 2 진동 센서를 포함한다.

발명의 요약

평상시 주행 속도가 증가하는 주변에서 상대적으로 빠른 속도로 드라이브 샤프트를 측정 할 필요성 때문에, 더 빠른 속도에서 불균형 측정의 정확성에 대한 요구가 더 이상 충족 될 수 없음을 보여주었습니다. 따라서, 본 발명의 목적은 구동축의 정상 주행 속도에 근접한 높은 균형 속도에서도 정확한 측정을 가능하게하는 초기에 언급 된 유형의 구동축 균형 기계를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 초기에 언급 된 개선 된 방법을 제공하는 것이다.

구동 샤프트 밸런싱 기계와 관련하여, 언급 된 물체는 제 1 항의 특징에 의해 달성된다. 밸런싱 머신의 유리한 실시 예가 청구항 2 에 개시되어있다. 이 방법과 관련하여, 언급 된 물체는 청구항 제 3 항에 기재된 방법 특징에 의해 달성되며,이 방법의 추가 개발은 제 4 항에 기술 된 특징으로 달성된다.

본 발명의 구동 장치 밸런싱 머신에서, 적어도 하나의 페데스탈의 상부는 적어도 제 2 운동 자유도 내에서 상부의 진동을 검출하는 제 2 진동 센서를 장착하고, 제 1 및 제 2 진동 신호의 진동 신호는, 상기 제 2 진동 센서는 상기 진동 신호를 분석하고 상기 상부의 피치 진동 여기가 평가시 계산 된 상기 구동 샤프트의 불균형 값에 입력되지 않도록 상기 진동 신호를 분석하는 평가 회로에 공급된다.

본 발명은 상대적으로 높은 균형 속도의 존재하에 그리고 회전축에 수직 인 불균형 및 스프링지지에 의해 야기 된 횡력에 의한 배타적 인 여기에도 불구하고 받침대 상부가 스핀들 축은 더 이상 순수하게 평행 이동하지 않으며,이 운동은 스핀들 축을 가로 지르는 방향으로 연장되고 스프링 지지부의 안내 방향을 가로 지르는 축을 중심으로 한 피치의 추가 성분을 포함한다. 상부 부분을지지하는 스프링의 동적 강성은 피치 운동을 방해하는 강성이 고속에서는 감소하고, 속도가 증가하면 페데스탈 상부가 더 이상 반경 방향 힘에 독점적으로 응답하지 않게되지만 순간 여기에 매우 민감합니다. 본 발명의 밸런싱 머신의 구성으로 인해, 상부의 진동이 피치 운동을 수행하는 제 2 운동 자유도에서 검출되고, 불균형에 의해 유발 된 진동으로부터 분리되는 것이 제 2 진동 센서에 의해 이루어진다 진동 계산 요소를 계산합니다. 이러한 방식으로 더 높은 밸런싱 속도로 인한 측정 정확도 감소가 방지됩니다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 받침대의 상부에 제 3 진동 센서가 배치되어, 스핀들의 축 방향으로 상부의 진동을 검출 할 수 있고, 평가 회로는 진동 상기 제 3 진동 센서의 신호에 축력 여기를 제공하고, 불평형 레벨을 계산하기 위해 상기 진동 신호로부터 축 방향 힘 여자의 성분을 제거하는 단계를 더 포함하는 방법.

밸런싱 머신의이 실시 예는 진동 센서에 의해 검출 된 진동 신호에서 간섭 성분을 유발할 수있는 회전 빈번한 축 방향 힘이 불균형 측정의 정확성에 악영향을 줄 수 없다는 이점을 갖는다. 슬라이딩 부재 또는 축 방향으로 변위 가능한 동력학 조인트의 형태로 축 방향 보상이없는 경우 구동축의 불균형 측정시 회전하는 축 방향의 힘이 자주 발생할 수 있습니다.

본 발명의 방법은 구동 샤프트의 불균형 측정에 선행하는 교정 단계를 포함하며, 여기서 별도의 기준 런이 평형 기의 2 개의 받침대 각각에서 수행되며, 0 또는 낮은 횡력 및 모멘트 여기 , 알려진 크기의 횡력 여기 (transverse force excitation)를 갖는 제 2 기준 주행, 및 알려진 크기의 모멘트 여기를 갖는 제 3 기준 주행을 포함하고, 기준 주행의 검출 된 진동 신호를 고조파 분석하고, 매개 변수로서 저장하고, 계산 된 캘리브레이션 행렬을 사용하여 구동축의 후속 불균형 측정에서 진동 신호를 평가함으로써, 평가시 계산 된 구동축의 불균형 값에 피치 진동 여기 신호가 입력되지 않도록하는 단계를 포함한다.

상기 방법의 다른 실시 예에서, 진동 센서에 의해 스핀들의 축 방향으로 받침대의 상부의 진동을 검출하기위한 축 방향 힘 여기를 갖는 또 다른 기준 동작을위한 교정 단계가 제공 될 수있다 이들을 고조파로 분석하여 보정 계수로 저장하고, 이후의 구동축의 불균형 측정에서 불균형 값 계산을 위해 진동 신호와 분리하십시오.

도면의 간단한 설명

본 발명은 첨부 된 도면에 도시 된 실시 예를 참조하여보다 상세히 설명 될 것이다 :

무화과. 도 1은 종래 기술의 구동축 균형 기계의 개략도이다.

무화과. 도 2는 본 발명의 구동축 균형 기계의 받침대의 개략도이다.

도면의 상세한 설명

무화과. 도 1은 구동 샤프트의 균형을 맞추기위한 공지 된 밸런싱 머신 ( 10) 의 기본 구성을 도시한다. 밸런싱 머신 ( 10 )은 2 개의 페데스탈 (13 , 14) 이 서로 대 향하여 배치 된 기계 베드 (12) 를 포함한다. 받침대는 기계 베드 (12) 의 길이 방향으로 연장되는 선형 가이드로 길이 방향 변위를 위해 장착 된 각각의베이스 ( 15 , 16 )를 가지며, 받침대 (13 , 14) 사이의 거리를 구동축의 길이 받을 수 있습니다. 베이스 ( 15 , 16) 는 각각 스프링 ( 19 , 20) 에 의해지지되는 상부 ( 17 , 18 )를지지한다. 각각의 상부 ( 17 , 18 )는 베어링 하우징에 회전하도록 장착 된 각각의 스핀들 (21 , 22 )을 수용한다. 2 개의 상부 부분 ( 17 , 18 ) 의 스핀들 (21 , 22 ) 은 동축으로 배열되고, 구동축 (W)의 고정 단부, 예를 들어 단부 플랜지를 정확하게 중심에 위치시키기 위해 대향 단부에 클램핑 장치 (23 , 24) 도면의 상부 ( 18 )는 스핀들 (22) 을 고정시키고 그에 따라 장착 된 구동축 (W)을 회전 운동시키는 구동 모터 ( 25 ) 를 포함한다. 다른 스핀들 (21) 은 구동축 (W)의 장착 단부와 함께 자유롭게 회전 할 수 있지만, 구동 모터 (W)의 동일 단부에 구동 모터가 제공 될 수있다. 각 상부 ( 17 , 18 )는 또한 각각의 상부 ( 17 , 18 )의 진동을 일 방향,이 실시 예에서는 수직 방향으로 검출하는 각각의 진동 센서 (26 , 27) 를 포함하고, 이들을 전기 신호의 형태로 전자 평가 및 컴퓨팅 장치. 스핀들 (21 , 22) 의 회전 운동을 측정하기 위해, 평가 및 계산 장치에 동등하게 연결된 전기 회전 각도 센서 (28) 가 또한 제공된다.

측정 작업 동안 구동축 (W)은 속도 Ω로 구동되고, 구동축 (W ) 의 불균형은 받침대 (13 , 14) 의 상부 ( 17 , 18 )의 진동을 여기시킨다. 진동 및 속도가 검출되고, 이들의 위상 및 크기는 2 개의 측정 평면에서 구동 샤프트 ( 10) 의 불균형을 결정할 수있게한다. 드라이브 축의 측정 평면은 회전축에 수직하고 조인트 중심을 통과하는 평면입니다. 불균형 U에 의해 유도 된 힘이 스핀들에 장착 된 드라이브 샤프트 플랜지에 횡력 Q로 전달되기 때문입니다. 드라이브 플랜지 플랜지와 커플 링 부품의 불균형도 측정 평면에서 동일하게 감지됩니다. 구동축 균형 기계의 대좌 ( pedestal ) (13 , 14) 의 스프링 ( 19 , 20) 은 통상적으로, 이들 대각선 힘에 의한 여진의 결과로서 받침대 (13 , 14) 의 상부 ( 15 , 16 ) 스핀들 (21 , 22) 의 축을 평행 이동시킴으로써, 측정 평면에 수직 인 방향을 유지한다. 이로써 달성되는 결과는 받침대 (13 , 14)가 구동축 불균형에 의해 야기되고 죠인트에 의해 전달되는 횡력에 독점적으로 응답한다는 것이다. 따라서, 종래의 구동축 균형 기계의 각 페데스탈은 불균형 평면에 대한 불균형 측정 장치를 나타낸다.

구동축 균형 기계의 이러한 공지 된 및 종래의 구성은 실제로 입증되었으며 저속에서 만족스러운 결과를 생성한다. 그러나 드라이브 샤프트는 샤프트 - 탄성 거동에 대한 성향을 가지므로 미래의 정상 주행 속도 근처에서 상대적으로 빠른 속도로 드라이브 샤프트의 균형을 맞출 필요가 있습니다. 드라이브 샤프트가 고속으로 주행 할 때 받침대 윗부분은 횡력에 의해서만 흥분되는 경우에도 더 이상 순수한 평행 진동을 실행하지 않으며 대신 피칭 동작의 구성 요소 인 진동을 포함합니다. 도 8에 도시 된 받침대 상부의 위치 변화가 발생한다. 2 점선. 받침대가 더 이상 횡력에만 반응하지 않고 굽힘 모멘트에 반응합니다. 진동 센서의 신호 u1 (t)는 (회전 빈번) 휨 모멘트 (M)에 의해 야기되는 (회전 빈번) 횡 방향 힘 Q 및 (t) }(티). 받침대 당 하나의 진동 센서가 사용되는 경우이 두 가지 원인을 구분할 수 없습니다. 결과적으로, 불균형의 결정은 대좌 상부에 작용하는 모멘트에 의해 손상된다. 본 발명은 이러한 측정 오차가 추가 센서의 사용에 의해 어떻게 회피 될 수 있는지를 보여준다.

본 발명에 따르면, 구동축 균형 기계의 양 받침대의 상부에는 제 1 및 제 2 진동 센서가 구비된다. 무화과. 도 2는 상부 ( 17 )가 본 발명에 따라 2 개의 진동 센서 (26 , 29 )를 포함하는 구동축 균형 조절 장치 ( 10 ) 의 받침대 (13) 를 도시한다. 받침대 (13 ) 의 2 개의 진동 센서 (26 , 29 ) 는 넓은 거리만큼 서로 이격되어 있으며, 그 결과 평행 및 피칭 진동이있을 때 서로 다른 신호 u1,1 (t) u1,2 (t)를 전달한다. 겹쳐진다. 고조파 분석 된 진동 센서의 측정 신호의 경우, 밸런싱 기술은 일반적으로

바늘 따라서, 따라서, 대표 따라서, 따라서, ( ) = · 따라서, 따라서, ω 따라서, 따라서, = ( 메신저 ) · 따라서, 따라서, ω 따라서, 따라서, .

받침대의 여기를 위해 수평 및 수직 구성 요소

= ( h V ) , 따라서, = ( h V ) , 따라서, = ( h V )

로터에 고정 된 좌표계에 도입된다.

여기 힘 및 여기 모멘트에 대해 다음의 선형 상관 관계가 성립합니다

( h V h V ) = ( 에이 기음 - 에이 - 기음 이자형 에프 h - 에프 이자형 - h ) · ( 1 , 1 , 메신저 2 , 2 , 메신저 ) ,

여기서 대칭으로 인해 4 × 4 교정 매트릭스에서 8 개의 빈 매개 변수 만 발생합니다. 이들은, 예를 들어, 작은 여기 | Q0 ≠ 0, | M0 | ≠ 0 및이어서 제 1 및 제 2 레퍼런스 런에서 효력을 발휘함으로써 경험적으로 결정될 수있다. 알려진 크기의 여기 (excitation), 예를 들어, 다음과 같은 공지 된 크기의 여기 (excitation)가 사용될 수있다 : QI = 0, Q2 = 0, 센서 신호가 고조파로 분석되어 다음과 같이 저장된다 .I1 = I1, I2, I3, I4, u 2 , u 2 , u 1 , u 2 , u 1 , u 2 ,

적절하게는, 시험 불평형 요소를 스핀들에 배치하여 여기를 생성 할 수 있습니다. 이 방법을 사용하면 각 받침대를 개별적으로 고려합니다.

8 개의 자유 매개 변수 a. . . h는 형태의 선형 방정식 시스템을 풀어서 방정식의 변환시 얻어진다.

에이 _ _ · ( 에이 기음 이자형 에프 h ) = ( h 나는 - h 0 V 나는 - V 0 h 나는 - h 0 V 나는 - V 0 h II - h 0 V II - V 0 h II - h 0 V II - V 0 )

행렬 A의 계수는 고조파 분석 된 측정 신호의 차이에 따라 달라집니다


(u1) ~ (u1) ~ (u1) ~ (u1), (u1 ~ (u2) - (u2) - (u2 - u2)를 생성한다.

일단 캘리브레이션 행렬이 알려지면 모든 후속 측정에서 횡력과 모멘트 여기를 분리 할 수 있습니다.

( h V ) = ( 에이 기음 - 에이 - 기음 ) · ( 1 , 1 , 메신저 2 , 2 , 메신저 ) ,

및 각각,

( h V ) = ( 이자형 에프 h - 에프 이자형 - h ) · ( 1 , 1 , 메신저 2 , 2 , 메신저 ) .

후속 고려 사항은 두 개의 받침대가있는 전체 균형 기계에 적용됩니다.

제 1 및 제 2 받침대의 횡력 여기

( 1 , h 1 , V ) , ( 2 , h 2 , V )

그런 다음 기존의 불균형 계산에 공급할 수 있습니다. 실제 불균형 보정은 드라이브 샤프트의 측정 평면에 알려진 불균형 요소를 배치하여 수행됩니다. 이러한 방식으로, 제 2 센서에 의해 모멘트의 영향에 의해 야기되는 측정 오차를 거의 완전히 제거 할 수있다.

첫 번째 및 두 번째 받침대의 순간 흥분

( 1 , h 1 , V ) , ( 2 , h 2 , V )

일반적으로 무시됩니다. 경우에 따라 드라이브 샤프트 제조업체는 불균형의 영향을 제외하고 플랜지에 장착 된 부품의 모멘트 영향을 제한하려고 시도하기 때문에 한계 값이 초과되었는지 여부를 확인하기위한 테스트를 수행 할 수 있습니다.

구동축에 축 방향 보상이없는 경우 (예 : 슬라이딩 부재 또는 변위 가능한 동공 동체) 측정 문제가 발생할 수도 있습니다. 회전 잦은 축력은 측정 신호에 간섭 요소를 도입 할 수 있습니다. 본 발명에 따르면, 받침대 (13 ) 의 상부 ( 17 ) 에 제 3 진동 센서 ( 30) 를 적용함으로써, 회전 빈번한 축 방향 힘에 의한 여기를 검출 할 수 있고 불균형의 계산에 고려할 수있다. 이 접근법은 앞에서 설명한 것과 완전히 유사합니다. 먼저 기준 구동을 여기없이 수행 한 다음 횡력 여기, 모멘트 여기 및 축 방향 힘 여기가있는 세 가지 캘리브레이션을 실행합니다. 이 접근법에서 회전 불균일 축 방향 힘의 생성은 테스트 불균형 요소의 배치로 수행 할 수 없기 때문에 다소 어렵습니다. 하나의 가능성은 phase-true force exciter의 사용을 포함 할 것이다. 그러나 이것은 상당한 비용을 수반 할 것이다. 예를 들어, 규정 된 축 방향 오프셋을 가진 클램핑 고정 장치에 위치한 길이 보정이있는 드라이브 샤프트가 더 실용적입니다. 레퍼런스 런과 처음 두 번의 캘리브레이션 실행의 경우 길이 보정이 활성화되어 마지막 캘리브레이션 실행 동안 비활성화됩니다. 측정 된 축 방향 힘의 후속 정량은 불가능하지만, 그럼에도 불구하고 분리 될 수 있으며 불균형 측정에서 제거 될 수 있습니다.