专利名称：用于平衡无轴颈转子的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的用于平衡无轴颈转子的方法以及一个如权利要求7前序部分所述的带有用于支承一个在平衡装置中的无轴颈、带孔转子的支承心轴的支承结构。
一个带有轴颈的转子可通过其轴颈处的支承部位来实现精确地平衡补偿。而那些无自身支承部位的、在平衡时被卡紧在一辅助轴上的平衡转子就其可达到的平衡精度而言则有很大的困难。
欧洲专利申请公开说明书EP 0 104 266 A1公开了一种可以使无辅助轴的无轴颈转子高平衡精度地实现平衡的方法。为此，该转子被安装在平衡机的支承心轴上，且利用被送往彼此对置的转子表面和心轴支承面之间的空气作为支承流体。由表面精确度引起的误差不再出现，因为转子孔或支承心轴的形状偏差得到统一且得到一个稳定的转子转轴。然而，在如无轴颈转子这些重心位于预先安排的转子支承区外的、确定的转子结构形式中，利用空气作为支承流体会导致不太精确的测量结果。
在欧洲专利申请公开说明书EP 0 104 266 A1中还提到利用液体来作为支承流体，但未考虑这些特殊的转子形式和由使用液体(尤其在液体导出方面)所产生的问题。不得法的液体排出可能会导致转子的润湿，从而导致对测量结果产生不允许的歪曲。
本发明要解决的技术问题是提供一种用于平衡无轴颈转子的方法和装置，利用该方法和装置还可以高精度地求出一个可能仅以其一段轴向延伸部分被支承的转子的不平衡。
按照本发明，上述技术问题是借助权利要求1和7的技术特征来加以解决的。
这样，对那些仅仅其纵向延伸的一部分被用作支承的无轴颈转子，第一次高精度地实现了平衡，因为本发明确保了高支承刚性和转子轴的精确固定，且该转子平稳地运转。此外，通过本发明的液体支承确保了所要求的不平衡相对于平衡面分离。由于液体的输入和排出绝大部分由心轴内部承担，支承液体不会对测量精度产生影响。
在本发明的一种改进方案中，不仅在第一支承区、而且在第二支承区借助液体(优选为油或含油液体)来完成支承，这简化了所利用的流体的输入和排出。
转子在第二支承区的轴向支承可以优选以流体动力学方式来完成，因为在此时对支承流体的供给可以相当方便地进行。
通过在第二支承区内支承在球形支承面上，该轴向支承面可能出现的端面摆动误差不会导致转子轴移动。通过球形支承的角运动可以补偿端面摆动误差，不会对转子施加强制力矩。
下面结合具体实施方式
对本发明作详细说明
图1以示意图方式示出了平衡装置中的一个支承结构，其具有一个用于支承一个带有一盲孔的转子的支承心轴；图2示出了该支承心轴的第一种实施方式沿图3中II-II线的断面图；图3为图2所示支承心轴的俯视图；图4为图2所示支承心轴的另一断面图；图5为该支承心轴另一种实施方式的断面图；图6示出了图5所示支承心轴的横截面；图7为图5所示支承心轴的另一断面图。
图1所示的用于一个待检测转子2(在图1中以点划线表示)的支承结构1固定在一个平衡装置的振动桥3上。该振动桥3通常以可相对平衡装置框架作振动的方式支承在如四个支承弹簧4(图中仅示出其中的两个)上。一个在图中未示出的驱动机构使该转子2转动。测量因不平衡引起的该振动桥3的振动，并利用该振动测值来确定转子2上有待平衡补偿的不平衡量。
支承结构具有一个支承心轴5，待检测或待平衡的转子2可转动地安装在该心轴5上。
在图1所示实施方式中，该转子2具有一个未贯通的转子中心孔6，即一个盲孔，并借助于该孔支承在垂直布置的支承心轴5上。转子2的重心S沿轴向位于盲孔延伸段之外，即支承区外。该盲孔成阶梯状，且具有四个不同直径段。由转子下端侧出发的第一段与位于该盲孔端部的第四段一样被安排成借助第一支承区中的支承流体将转子2沿径向支承在该心轴5上。借助支承流体将转子2支承在沿轴向的第二支承区是通过转子下端侧和该心轴5的相应部段或结构单元来实现的。在此实施方式中的第一和第二支承区将采用油或一种含油液体或一种其他的适合于液体润滑的流体来作为支承流体。
支承心轴5在其表面具有供支承流体流过、且与心轴内部的流体输入通道11相连通的第一组开口10(参见图2、图7)以及供支承流体流过、且与心轴内部的流体排出通道21相连通的第二组开口20。第一组开口10位于两个沿轴向间隔、从属于该转子2盲孔第一段和第四段的支承面7、8，且在此支承面处该转子沿径向被支承。该支承心轴5在一端具有一个用于将支承心轴固定在振动桥3上的法兰凸缘9。
在图2至4所示支承心轴5的结构中，对两支承面7、8的每一个所进行的流体输入是分别经过四个等间距分布在一分度圆上、且平行于支承心轴轴线走向的输入通道段11′来完成的，这些输入通道段11′与径向走向、且终止在每个支承面7、8的四个第一开口10处的输入通道段11″相连接。这总共八个输入通道段11′沿轴向延伸并终止在一个位于该支承心轴5下端表面处的第一流体腔室15，该流体腔室优选为环形腔室。该环形腔室与一流体输入管相连接，且位于一个密封地与该支承心轴5相连接的腔室构件14中，该腔室构件本身成为振动桥3的一部分。支承心轴5和腔室构件14当然还可以设计成一整体件。
与支承心轴轴线相平行的输入通道段11′设有节流段。其具有一个小的横截面以对流体起节流作用，其中该节流作用除了选择横截面外还可以方便地通过节流段的长度进行调节。此外，还规定该相应的径向走向输入通道段11″也具有节流作用。
为了经过开口20排出流体，在该支承心轴的这种结构中设有一贯穿的中心孔21′作为流体排出通道21的一部分，在多个横截面上分别有多个径向孔21″汇流到该流体排出通道中，这如同从图4可清楚看出的那样。这些横截面位于两支承面7、8之间。在用于将转子沿轴向支承的第二支承区中设有多个将流体排出的开口20，这些开口经径向和斜向行进的流体通道21与中心孔21′相连接。该中心孔21′终止在支承心轴5下端面上的第二流体腔室16，该第二流体腔室设计成中心腔室。该中心腔室与一流体抽吸器相连接，且与环形腔室15一样位于那个密封地与该支承心轴5相连接的腔室构件14中。
在另一种由图5至图7所示的支承心轴5的结构中，对两支承面7、8的每一个所进行的流体输入也是分别经过四个等间距分布在一分度圆上、且平行于支承心轴轴线走向的输入通道段11′来完成的，这些输入通道段11′与径向走向的输入通道段11″相连接。其与前面所描述结构的区别是该轴向输入通道段11′终止在该中心腔室，该中心腔室在这种情况下成为用于将流体输入的流体腔室15。节流作用的调节如同前面所描述的结构一样完成。
然而，在这种结构中，为了将流体排出并未设置与所有流体排出开口20相连接的中心孔。代替此设置了四个等间距分布在一分度圆上、且与支承心轴轴线相平行的通孔31，它们在多个横截面上各自与一个位于支承心轴外圆周上的开口20相连接，如同在图5和图6可清楚地看出的那样。因此，这些分别与一个通孔31相配置的开口20前后相邻地位于一平行于支承心轴轴线走向的外轮廓线上。类似于前面所描述的结构，多个(在这种情况下为四个)用于将流体排出的开口20位于第二支承区，在这种情况下各开口20经径向和斜向行进的流体通道31与最相近的通孔31相连接。这四个通孔31终止在一个布置在该支承心轴5下端表面的第二流体腔室16，该第二流体腔室16设计成环形腔室。该环形腔室与一流体抽吸器相连接，且与中心腔室一样位于那个密封地与该支承心轴5相连接的腔室构件14中。
支承区的输入开口10可以在数量和安排布置上不同于所描述的实施方式。节流作用将根据转子形状和转子重量以及所采用的流体来确定。
排出开口的数量和安排布置在所描述的结构中是作为一个举例说明的。按照所采用的流体及转子和支承结构的构造可对其进行调整。
支承心轴5在其具有法兰凸缘9的端部与一个用于沿轴向支承该转子2和向此轴向支承提供流体的结构单元40相连接。该结构单元40具有一块底板41，该底板在朝向支承心轴5的法兰凸缘侧与支承心轴的法兰凸缘9固定连接。该底板成为两个罐状箱壳42、43(即一个第一个外部罐状箱壳42和一个具有较小直径、且同轴地位于该第一罐状箱壳42内部的第二罐状箱壳43)的底。外罐状箱壳42的高度这样来确定，即，使得包套在其中的转子段被该罐状箱壳上边缘以小的径向间隔包围。第二个内罐状箱壳43的高度这样确定，即，使得在该内罐状箱壳43可聚集足以对轴向支承作流体动力润滑的流体存储量。
结构单元40的底板41同时成为转子2以其转子端面沿轴向支承在其上的支承面。这两个面这样构成，即，使得对转动转子2的流体动力支承借助聚集在内罐状箱壳43中的支承流体来保证。该底板41和内罐状箱壳43上具有缝隙44，内罐状箱壳43经此缝隙与支承心轴5中的排出通道21或31相连接。经由流体排出通道21或31地将流体抽吸出可以方便地调节内罐状箱壳43中的流体液面。多余溢出的流体从外罐状箱壳42进入通往流体贮存容器的排出管道45。
在图1所示的结构中，转子2具有一个平端面。为了构成球形支承，在底板41和转子2端面之间设置了一个轴向止推垫圈46，该轴向止推垫圈具有一个第一平端面和一个第二球形端面，该球形端面和该底板中与之形成互补的凹形表面构成球形支承。此球形支承位于该罐状箱壳43内部的流体贮腔中。
代替前面所描述的、利用流体来进行流体动力支承的装置，在合适的转子中还可以借助例如空气支承来进行流体静力方式的轴向支承。利用空气作为流体的供给可以方便地进入到与支承心轴5的法兰凸缘9相连接的底板41中并到达该底板41的支承面的开口处。在此，轴向支承区这样设计，即，使得可选择采用一种流体动力学液体支承或一种流体静力方式的气体支承或空气支承。
支承心轴轴线的取向，例如垂直走向、水平走向或一个介于这两者之间的走向可以在考虑了平衡装置的具体构造和向转子输送流体的方式(例如自动填充进流体和自动将流体转出到外部存储器)的情况下来确定。
设置在振动桥上的支承结构使得所有按照位置和尺寸来确定不平衡的测量方法都可行。对振动桥的支承可以针对低临界或超临界运行状态来设计构造。
本发明不局限于仅仅对带盲孔的转子进行检查，而是还可以对所有无自身轴颈的、具有盲孔或通孔的转子(例如压缩机齿轮、飞轮等)进行平衡。本发明尤其适用于那些重心沿轴向位于具有转子钻孔的支承区之外的转子，这尤其适合于那些仅仅其纵向延伸的一部分被用作支承的转子。
权利要求
1.一种用于平衡无轴颈转子(2)的方法，其中，将该具有一个孔(6)的转子(2)设置在一平衡装置的一支承心轴(5)上，并将流体送到彼此对置的转子表面和支承心轴表面之间，且使该转子(2)转动，其中，利用因不平衡所引起的支承心轴(5)的振动来确定该不平衡量，其特征在于所述转子(2)在一个第一支承区沿径向借助一种液体以流体静力学方式被支承，在第二支承区沿轴向借助优选无压输入的流体被支承，且该输入和排出至少部分通过所述支承心轴内部地进行。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述在第一和第二支承区的支承借助一种优选为油或含油液体的液体作为流体来实现。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述排出经由所述支承心轴内部和一个与一容器相连接的排出管道(45)地进行。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于所述转子(2)在第二支承区内以流体动力学方式被支承。
5.按照权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于所述在第一支承区内的支承由多个在支承心轴外圆周表面和转子孔之间形成的支承部位来完成，其中，转子的重心S沿轴向位于支承区之外。
6.按照权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于所述在第二支承区的支承由球形支承面来承担。
7.一种支承结构，它包括用于在至少一个第一支承区和一个第二支承区支承一个在一平衡装置中的具有一个孔(6)的无轴颈转子(2)的支承心轴(5)，其中，该支承心轴(5)具有供流体流过的一些开口(10，20)，其特征在于在所述支承心轴(5)中设有第一组与流体输入通道(11)相连通的开口(10)和第二组与流体排出通道(21，31)相连通的开口(20)。
8.按照权利要求7所述的支承结构，其特征在于所述第一组开口(10)开设在位于至少第一和/或第二支承区内的所述支承心轴的外圆周表面上。
9.按照权利要求7或8所述的支承结构，其特征在于所述第一组开口(10)位于所述支承心轴(5)的两个沿轴向相互间隔一定距离的支承面(7，8)上。
10.按照权利要求7至9中任一项所述的支承结构，其特征在于所述第一组开口(10)不仅设置在一支承区的两个沿轴向相互间隔一定距离的支承面(7，8)上，而且还开设在另一优选构成轴向推力轴承的支承区的一个支承面中。
11.按照权利要求7至10中任一项所述的支承结构，其特征在于所述第二组开口(20)设置成与所述支承面(7，8)相邻和/或设置在它们之间。
12.按照权利要求7至11中任一项所述的支承结构，其特征在于所述第一组开口(10)和第二组开口(20)分别与垂直于支承心轴轴线走向的通道段(11″，21″，21，31″，31)和平行于支承心轴轴线走向的通道段(11′，21′，31′)相连接。
13.按照权利要求12所述的支承结构，其特征在于所述垂直和/或平行于支承心轴轴线走向的输入通道段(11′，11″)具有较小横截面的节流段。
14.按照权利要求7至13中任一项所述的支承结构，其特征在于所述输入通道(11)及排出通道(21，31)平行于支承心轴轴线走向的通道段(11′，21′，31′)分别连通到一个设置在支承心轴端部、用于输入流体和抽吸流体的流体腔室(15，16)中。
15.按照权利要求14所述的支承结构，其特征在于所述两个流体腔室(15，16)由一个中心腔室和一个同轴的环形腔室构成。
16.按照权利要求15所述的支承结构，其特征在于所述流体腔室(15，16)在一个密封地与所述支承心轴(5)相连接的腔室构件(14)中构成。
17.按照权利要求7至16中任一项所述的支承结构，其特征在于对所述每个支承面优选设置四个等距分布在支承心轴外圆周上的开口(10，20)。
18.按照权利要求7至17中任一项所述的支承结构，其特征在于所述支承心轴(5)垂直布置，且接纳该支承心轴(5)的转子端部经一球形支承部位支承在该支承心轴(5)或一个与该支承心轴相连接的结构单元(40)上。
19.按照权利要求18所述的支承结构，其特征在于设置一个位于所述转子端部和支承心轴(5)或与该支承心轴相连接的结构单元(40)之间的轴向止推垫圈(46)，该轴向止推垫圈具有一个平端面和一个球拱形端面。
20.按照权利要求7至20中任一项所述的支承结构，其特征在于所述带有优选为球形的支承部位的转子端部区域被一个用于回流流体的罐状箱壳(43)包围。
21.按照权利要求20所述的支承结构，其特征在于所述罐状箱壳(43)被另一个罐状箱壳(42)包围，且这两个罐状箱壳都配设有排出管道(44，45)，其中，该处于内部的内罐状箱壳(43)的排出管道经所述支承心轴(5)上的开口(20)与一流体抽吸器相连通。
全文摘要
本发明公开了一种用于平衡无轴颈转子的方法和装置。该方法和装置涉及一种支承结构，其带有用于支承一平衡装置中的具有一个孔(6)的无轴颈转子(2)的支承心轴(5)，该支承心轴(5)具有供流体流过的开口(10，20)。为了能高精确度地测算出一个可仅以其一段轴向延伸部分被支承的转子(2)上的不平衡，在该支承心轴(5)中设有第一组供流体输入的开口(10)和第二组供液体排出的开口(20)。
文档编号G01M1/04GK1748133SQ200480003569
公开日2006年3月15日 申请日期2004年3月2日 优先权日2003年3月10日
发明者迪特尔·西伦 申请人:申克罗泰克有限责任公司