專利名稱：轉子平衡方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于動態(tài)平衡轉動物體的技術，其可用于測量和修正由轉子，特別是剛性轉子的不平衡所產生的力。
背景技術：
用于轉子平衡的方法提供了通過確定設置在與轉子軸線垂直的兩個任意平面內的失衡矢量(不平衡是一個矢量，等于不平衡質量與距離軸線的中心半徑矢量的乘積)來測量轉子的失衡參數(失衡的質量、半徑和其中心位置相對于轉子軸線的角度)。這些平面被稱為失衡基準面或者失衡修正面(例如，參見M.E.Levit，V.M.Ryzhenkov“Balancing of Parts and Units”，Moscow，Mechanical Engineering，1986)。
廣泛已知的用于轉子平衡的方法是基于向轉子引入轉動運動，并測量與轉子軸線垂直的平面內的擺動幅值和相位(例如EPNo.0150274，1985)。根據該方法，失衡基準面在支承體的幫助下建立，其內部安裝轉子；與此同時，通過測量支承體上產生的動態(tài)載荷來測量轉子擺動的幅值和相位。這種方法的局限是所測量的參數必須做進一步處理，以分享位于不同失衡基準面內的失衡數據。
還有一種用于轉子平衡的已知方法，與上述方法一樣，它是基于向安裝在支承體上的轉子引入轉動運動。該方法的特點是為了分享轉子失衡基準面，將轉子設在特定位置上，在測量了擺動參數后，轉子轉動180°，再次測量轉子擺動的相位和幅值，接下來處理所測量的參數并確定在每個失衡基準面內的失衡率(美國專利No.5 359 885，73/146，1994)。該方法的缺點在于其勞動強度高和效率低。
在信號分配支承體的幫助下實現的方法的操作要更為方便，其中轉子利用其一端面被架起。該方法的特征在于以轉動的方式驅動轉子，并且在支承體側向平面內施加的動態(tài)載荷的測量相對于轉子軸線對稱(例如美國專利No.6 430 992，73/66，2002)。該方法的缺點在于用于確定每個基準面內的失衡的被測量參數處理的復雜性。
所有基于當轉子設置在支承體上向轉子引入轉動運動的方法都受限于所采用的技術，由于連接軸承表面的越界、軸頸橢圓性、外環(huán)未對齊、支承體軸承潤滑等所產生的振動，影響測量結果。
本發(fā)明涉及一種從根本上不相同的平衡方法，其特征在于轉子的復雜運動。由于采用足夠簡單的技術，本方法使得提高測量失衡參數的準確性成為可能。
本方法可從蘇聯發(fā)明證書No.297890，G01M1/38，1971中獲知。根據該方法，轉子設置在這樣一個位置，即其軸線與選定的軸線(例如垂直軸線)成一個銳角，并且相對于其軸線和選定垂直軸線相交的固定點向轉子引入擺動運動。在此過程中，提供轉子運動，使得水平面上的任意轉子軸線點的運動路線的突出部分相對于垂直軸線對稱。
這種方法的改進可從俄羅斯專利No.2105962，G01M1/38，1993中獲得，其目的在于以降低影響測量參數的轉子角振蕩為代價來提高平衡的準確性。如上述方法一樣，該方法相對于位于轉子軸線上的固定點向轉子引入擺動運動，并且測量轉子角振蕩的幅值和相位，利用它們可以在其中一個失衡平面內判斷轉子失衡參數。為了提高平衡準確性，配置了測量參照系統(tǒng)，它使得降低相對于轉子軸線的轉子角振蕩的測量參數的影響成為可能。該參照系統(tǒng)通過采用與轉子同心的平衡體進行配置；所述物體與轉子同時開始運動。這種方法被認定為與本發(fā)明最接近的現有技術。
然而，實施這種方法中，會發(fā)生一些轉子的擺動，因此垂直于轉子軸線的平面內的物體的平衡將發(fā)生變化；結果，平衡準確性受到負面影響。
用于所要求保護的方法的最接近現有技術的裝置是在俄羅斯專利No.2105962，G01M1/38，1993中公開并且設計為采用平衡方法的一種裝置，該平衡方法是以向轉子引入擺動運動為基礎。該裝置包括座板、軸(其一端帶有球形支座并連接到帶有可調偏心裝置的驅動軸上，并且設置在轉子上并安裝在平衡體內部的彈性柔性平臺部分上，使得它可以相對于平衡體軸線發(fā)生偏置)以及失衡控制器、參照信號傳感器和傳感器輸出信號處理裝置。信號處理裝置包括脈沖序列發(fā)生器(其輸入端連接到參考信號傳感器)、二進制計數器、觸發(fā)器、存儲寄存器塊(block)、解碼器和失衡角度坐標以及數值指示器。上述裝置元件按照提供失衡參數測量的電路進行互連。
該裝置的缺點以及已知方法在于由于垂直于轉子軸線的平面內的轉子擺動而導致的平衡準確性不足夠高。

發(fā)明內容
采用本發(fā)明可獲得的技術效果是以降低平衡體相對于其軸線的角振蕩對所測量參數的影響(理想情況下是以消除其影響)為代價，提高了轉子角振蕩幅值和相位的測量準確性。
根據本發(fā)明，該方法包括相對于選自轉子和平衡體的公共軸上的固定點，向轉子以及同軸的平衡體引入擺動運動；測量轉子角振蕩的幅值和相位(通過它們判斷轉子的失衡參數)；另外包括新的工序，也就是在每次確定穿過上述固定點的平面內的失衡的同時，與平衡體相對于軸線的角振蕩相反的力被切向施加到平衡體上。
當將上述固定點與轉子軸線和其中一個轉子失衡基準面相交的點對齊時，所測量的角振蕩的幅值和相位用于確定在其它失衡基準面內的失衡參數。
當將轉子沿軸線移動固定距離并接著測量轉子角振蕩的幅值和相位時，穿過上述固定點的失衡基準面內的失衡參數被確定。
通過選擇上述固定點的位置所帶來的技術效果在于以消除失衡基準面對所測參數的干擾為代價，進一步提高該方法的準確性。
使用所要求保護的裝置從而獲得的技術效果在于通過采用簡單的技術手段提供很高的平衡準確性，上述技術手段不會歪曲轉子相對于平衡體的失衡參數的測量結果。
為了實施該方法，提供一種裝置，包括座板、平衡體和軸，軸設計為安裝在轉子上并裝配在平衡體內的柔性支座上，以便沿平衡體軸線移動，所述物體的一端設有球形支座并連接到帶有可調偏心裝置的驅動軸上，還有失衡測量傳感器、參照信號傳感器和傳感器輸出信號處理裝置。該裝置進一步包括用于平衡體的附加柔性支承體，所述支承體固定在座板上，并且與座板上穿過所述球形支座中心的平面內的角振蕩相對，平衡體的另一端安裝在座板上。
當確定兩個失衡基準面內的失衡參數時，通過下述事實實現裝置的輕松使用，即轉子安裝在驅動軸上以便沿其軸線移動，并且轉子固定在兩個位置上以便在第一位置上其中一個轉子失衡基準面穿過球形支座中心，在第二位置上該平面相對于球形支座中心發(fā)生偏移。
為了增大平衡體的慣性速率(inertia rate)，附加柔性支座制成隔膜，其沿座板的周邊剛性固定。
失衡傳感器安裝成使得它們的感應元件的中心相對于平衡體軸線在相同的直徑上對稱設置，并且它們的終端連接成使得平衡體傳感器輸出的角度位移相加及垂直于平衡體軸線的平面內的位移相減。由于在垂直于轉子軸線的平面內發(fā)生轉子的殘余擺動，而確保這些擺動對測量參數的影響的補償。
信號處理裝置包括控制裝置、AD轉換器、存儲裝置、增益裝置、減益裝置、幅值和相位測量裝置、失衡角度坐標和速度指示器?？刂蒲b置輸入端連接到參照信號傳感器和輸出端，輸出端連接到AD轉換器的驅動輸入端、存儲裝置、幅值和相位控制裝置的裝置。失衡數值傳感器的輸出端連接到AD轉換器信號的輸入端，其輸出端連接到存儲裝置、幅值和相位測量裝置的輸入端，以及連接到減益裝置的第一輸入端，其第二輸入端經由增益裝置連接到存儲裝置的輸出端。減益裝置的輸出端連接到增益裝置的輸入端，其輸出端連接到失衡角度坐標和速度指示器的輸入端。


附圖中圖1示意性顯示了該裝置，通過它實施該方法；
圖2顯示了沿A-A線的剖視圖；圖3顯示了沿B-B線的剖視圖；圖4顯示了傳感器輸出信號處理裝置。
具體實施例方式
轉子平衡裝置包括座板1，其內部安裝有平衡體4，平衡體一端通過球形支座3設置在柔性支承體2上。球形支座中心3用作固定點，平衡體4相對于固定點做擺動運動。轉子8的軸7同心裝配在平衡體4內部軸線對齊的柔性支承體5和6上。平衡體4的另一端通過球形支座9連接到可調偏心裝置10上，該偏心裝置固定到安裝在座板1上的驅動軸11上。轉子8安裝為沿其軸線移動距離h，并且固定在兩個位置上，以使在第一位置處，其中一個失衡基準面(例如下部的一個)通過支承體3的中心，在第二位置上，該平面相對于支承體3的中心移動距離h，例如向上偏移。距離h是在方便測量的基礎上選定的距離。它可以比轉子失衡基準面之間的距離小或者相等。
柔性支承體2用于防止平衡體4相對于座板1在垂直于機體軸線4的平面內的角振蕩。任意支承體(彈簧、彈性針、扭桿等)都可用作彈性支承體。但是優(yōu)選采用沿座板1的周邊剛性固定的隔膜，由于這種安裝方法導致平衡體4的慣性速率增大，由此進一步提高失衡參數的準確性。
支承體5和6容許轉子8的軸7在其軸線上運行，限定它的角振蕩并容許當驅動軸11停止時轉子8返回到其初始位置。圖2所示的實施例顯示了像針狀物12的支承體5和6。
失衡傳感器13和14設置在平臺15上，平臺在垂直于其軸線的平面內安裝到平衡體4上(圖3)。傳感器13和14的感測元件相對于平衡體4的軸線對稱設置，并且固定在相同直徑處。如果不采用傳感器13和14，而是采用磁感應傳感器，則它們的電樞安裝在剛性接合到轉子8的軸7上的連接元件16上。傳感器13和14的輸出終端為這樣的，即如果產生平衡體4相對于軸線的角振蕩，傳感器13和14的輸出信號增強；如果平衡體4的軸線在垂直于其軸線的平面內不重合，則輸出信號減弱。
可調偏心裝置10(圖1)連接到參考信號傳感器17上。在轉子8上發(fā)現的指示失衡率角度坐標的指示燈18沿座板1的周邊設置。
傳感器13和14的輸出信號的信號處理裝置(圖4)包括控制裝置19、AD轉換器20、存儲裝置21、增益裝置22、減益裝置23、幅值和相位測量裝置24和失衡角度坐標和角度值指示器25。控制裝置19的輸入端連接到參考信號傳感器17，輸出端連接到AD轉換器20的驅動點、存儲裝置21及幅值和相位控制裝置24。失衡率傳感器13和14的輸出端連接到AD轉換器20的信號輸入端，其輸出端連接到存儲裝置21以及幅值和相位測量裝置24的輸入端。減益裝置23的第一輸入端連接到AD轉換器20的輸出端，第二輸入端連接到增益裝置22的輸出端。裝置23的輸出端經由裝置24連接到指示器25。
在初始時刻，轉子8和平衡體4安裝在偏心裝置10內支承體上的軸7上，使得它們的軸線與穿過球形支座3中心的垂直軸線成一個銳角(參見圖1)。在此過程中，選擇位于軸7之上的轉子8的位置，使得其中一個失衡基準面與轉子8的下部平面(h＝0)相匹配。接著，驅動軸11開始運轉，由此相對于位于垂直于繪制面的平面內的支承體3的中心，將擺動運動傳遞給轉子8的軸7并且傳遞到平衡體4。以在上部基準面中發(fā)現的失衡率，扭矩驅動轉子8與軸7一起圍繞其軸線轉動(理想情況是，當轉子8平衡時，它圍繞軸線做擺動運動，沒有角振蕩)。同時，轉子8在垂直于其軸線的平面內做擺動運動，這些擺動的幅值要遠遠大于由于失衡產生的擺動的幅值。由于連接平衡體4與轉子8的軸7的彈性元件，轉子8的角振蕩影響物體4，但是同時每一時刻在平衡體4的每一點上在穿過支承體3的中心的平面內施加力，將所述力以切向導引至物體，產生彈性元件的補償影響，即，相對于平衡體4的軸線增大(移除)平衡體的角振蕩。
利用傳感器13和14測量失衡率。如果不利用傳感器13和14，而利用磁感傳感器，在它們的線圈上引發(fā)以及由轉子8失衡導致的信號相位是一致的，傳感器總的信號的幅值增加一倍(它們的轉換率相等)。由于平衡體4在垂直于其軸線的平面內的角振蕩的缺失，傳感器13和14的輸出信號僅由轉子8的失衡確定S1＝A1sin(ωt+1)，其中幅值A1由失衡率確定，1相位由它位置的角度坐標確定。該信號由AD轉換器20轉換為數字信號，并同時到達幅值和相位控制裝置24的信號輸入端以及到達到存儲裝置21中。結果，失衡率和上平面角度坐標數據在裝置24的輸出端生成。指示器25指示所獲得的數據。同時，當信號從產生測量周期起點的時間信號的參考信號傳感器17傳出時，存儲裝置21記錄信號S1的讀取數據。
在測量了上部基準面的失衡后，轉子8沿其軸線移動距離h，并在轉子8的下部基準面中測量失衡率。為了消除可能影響上部基準面失衡測量的任何影響，傳感器13和14的輸出信號按照下述方式處理。確定來自減益裝置23輸出端的數字信號幅值和相位的測量的信號從控制裝置19的輸出端發(fā)送到幅值和相位控制裝置24。該裝置消減來自AD轉換器20的輸出端的信號S和來自存儲裝置21輸出端的在增益裝置22內乘以比例因子k的信號S1。比例單元k接收來自傳感器13和14的信號幅值變化率，該變化率由上部基準面內的轉子8的失衡確定。在AD轉換器20的輸出端接收的信號S如下S＝kS1+S2，其中S2＝A2sin(ωt+2)，A2是與下部基準面內的失衡率一致的信號的幅值，2是信號相位。其中發(fā)生(S-kS1)消減的減益裝置23的輸出信號與下部基準表面的轉子8的失衡一致，并且與S2＝A2sin(ωt+2)相等。該信號到達幅值和相位測量裝置24以及指示器25的第二信號輸入端，指示器指示下部基準面內的轉子8的失衡數據。指示器25可同時指示在兩個基準面內發(fā)現的失衡參數。
由此，所要求保護方法的使用實現了在兩個失衡基準面內以高精度測量轉子失衡參數。該方法操作簡單，它的實施不需要大額花費。該方法可應用于工業(yè)和家庭環(huán)境。
權利要求
1.一種用于轉子平衡的方法，包括相對于選自轉子和平衡體的公共軸上的固定點向轉子以及同軸的平衡體引入擺動運動；測量轉子角振蕩的幅值和相位，通過它們判斷轉子的失衡參數；其特征在于每次平面穿過上述固定點的同時，與平衡體相對于軸線的角振蕩相反的力被切向施加到平衡體上。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于將轉子軸線與其中一個轉子失衡基準面的交點用作上述固定點，角振蕩的測量幅值和相位用于在另一個失衡基準面內確定失衡參數。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于在第一位置上測量轉子角振蕩的幅值和相位，當上述固定點與轉子軸線和其中一個失衡基準面的交點對齊時，轉子移動固定的距離到達第二位置，接著再次測量轉子角振蕩的幅值和相位，所測量的轉子角振蕩的幅值和相位用于確定最初穿過固定點的平面內的失衡參數。
4.一種轉子平衡裝置，包括座板、平衡體和軸，軸設計為安裝在轉子上并裝配在平衡體內的柔性支座上，以便沿平衡體軸線移動，所述物體的一端設有球形支座并連接到帶有可調偏心裝置的驅動軸上，還有失衡測量傳感器、參照信號傳感器和傳感器輸出信號處理裝置，其特征在于它進一步包括用于平衡體的附加柔性支承體，所述支承體固定在座板上，并且與座板上穿過所述球形支座中心的平面內的角振蕩相對，平衡體的另一端安裝在座板上。
5.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于附加柔性支承體制造成沿座板周邊剛性安裝的隔膜。
6.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于該轉子安裝在軸上，以便沿轉子軸線移動。
7.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于轉子安裝成固定在兩個位置上，使得在第一位置上其中一個失衡基準面穿過球形支座中心，在第二位置上該平面相對于球形支座中心偏移。
8.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于失衡率傳感器設置為使得它們的感應元件的中心相對于平衡體軸線對稱設置，其安裝在相同的直徑上，并且它們的輸出終端連接，使得如果發(fā)生平衡體相對于軸線的角振蕩，則傳感器的輸出信號相加，如果平衡體(4)的軸線在垂直于其軸線的平面內錯位，則信號相減。
9.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于信號處理裝置包括AD轉換器、存儲裝置、增益裝置、減益裝置、控制裝置、幅值和相位測量裝置，其中失衡率傳感器的輸出端連接到AD轉換器的輸入端，其輸出端連接到存儲裝置的信息輸出端、連接到減益裝置的第一輸入端以及幅值和相位測量裝置的輸入端，幅值和相位測量裝置的輸出端連接到失衡角度坐標和速度指示器，存儲裝置的輸出端經由增益裝置連接到減益裝置的第二輸入端，減益裝置的輸出端連接到幅值和相位測量裝置的第二輸入端，控制裝置的輸入端連接到參照信號傳感器的輸出端，控制裝置的輸出端連接到存儲裝置的驅動點，AD轉換器以及幅值和相位測量裝置控制輸入。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于動態(tài)平衡轉動物體的技術，其可用于測量和修正由轉子的不平衡所產生的力，特別是剛性轉子。所要求的方法允許在兩個失衡基準面內以高精度測量轉子失衡參數。該方法是以相對于轉子公共軸上的選定固定點向轉子和同軸的平衡體引入擺動運動為基礎。為了增加該方法的準確性，每次平面穿過上述固定點的同時，與平衡體相對于軸線的角振蕩相反的力被切向施加到平衡體上。為了消除失衡基準面對所測量參數的干擾，在測量的一個階段，所述固定點用作轉子軸線與其中一個失衡基準面的交點，其中在下一個階段，轉子沿其軸線移動固定距離到達第二位置。所測量的參數用于在兩個失衡基準面內確定失衡參數。一種用于轉子平衡裝置，包括座板、安裝在轉子上的軸，所述軸安裝在平衡體內部的柔性支座上，以便沿平衡體軸線移動。轉子軸在其一端設有球形支座，并連接到帶有可調偏心裝置的驅動軸上。而且，它包括位于穿過所述球形支座中心的平面內的柔性支承體。該裝置具有用于測量轉子失衡參數的簡單可靠的方案。
文檔編號G01M1/16GK101040178SQ200580034303
公開日2007年9月19日 申請日期2005年10月5日 優(yōu)先權日2004年10月6日
發(fā)明者A·N·尼科拉夫, B·A·馬勒夫, L·A·布里亞金, M·A·舍巴科夫, S·V·科奇金 申請人:捷契尼卡科學生產企業(yè)有限責任公司