专利名称：不平衡度测量设备和不平衡度测量方法
技术领域：
本发明涉及一种用于转子的不平衡度测量设备，它主要包括一个可旋转的转子流体静力支承的支承装置、一个改变转子旋转状态的装置、至少一个在测量过程中检测转子不平衡作用的测量变换器、一个产生基准信号的装置以及一个在利用基准信号的情况下对测量变换器所提供的信号进行分析的评估装置。此外，本发明还涉及一种按权利要求7和权利要求8前序部分所述的不平衡度测量方法。
由EP0104266A1已知一种不平衡度测量装置和一种方法，借助此方法带有一中心孔的转子可具有高的平衡精度得以平衡。为此，转子装在平衡机的支承心轴上，以及利用空气作为支承流体，空气处于互相对置的转子中心孔内表面与心轴支承面之间。因表面不准确度引起的误差不再出现，因为转子孔或支承心轴的形状误差被整化以及提供了一稳定的转子旋转轴线。
对一个在其外圆周上具有支承可能性的转子(例如由电机转子的轴颈构成支承位置)，人们可以以这些支承位置为基准进行准确平衡。因此，迄今不对此类转子采用空气静力支承。
然而尤其对高速旋转的小型转子，例如电机转子、涡轮转子等的平衡精度人们提出了越来越高的要求。一个附加的要求是在制造过程中将尤其用于与转子平衡相关联的有关工序的周期时间减到最短程度。
本发明的目的是创造一种前言所述类型的不平衡度测量装置和提供一种方法，用此方法可以提高尤其高速旋转的小型转子的平衡精度，与此同时缩短平衡所需的时间。
上述目的在前言所述类型的不平衡度测量装置中按本发明这样达到支承装置有至少两个敞开的供给流体的轴瓦用于安装转子圆周段和至少一块为转子端面配设的刚性支撑并供给流体的支撑板；此外，设有一个检测转子旋转状态的装置；所述改变旋转状态的装置在测量过程中与转子脱开，以及所述测量过程在随时间不变或优选地随时间改变的旋转状态下进行。有关方法方面的目的通过权利要求7和权利要求8所述特征达到。
按本发明，在如此设计的不平衡度测量装置中规定，转子既沿轴向也沿径向支承在容易接近的使用气体或空气或气体混合物或空气混合物的流体轴承内，亦即空气静力轴承内，以及除此以外加速或减速传动装置在不平衡度测量过程与转子脱开，在这种情况下测量过程在随时间改变的旋转状态下例如在惯性运动时或在随时间不变的旋转状态下实施。转子端面沿轴向在一个为它配设的供给流体的支撑板面上的支承，即使在转子轴线水平布置的情况下，也导致转子沿轴向非常精确的支承位置，因为通过在流动中形成一种在流动技术方面类似于在径向扩压器内的压力分布，实现转子支承位置相对于支撑板的固定。在支撑板与其固定结构之间的连接设计为具有高的刚度，以避免沿转子轴向的振动，例如自激振动。本发明以下列认识为基础，即，只有通过组合这些措施，才能在很短的时间内达到期望的高精度测量。采用本发明，转子在没有干扰力和干扰扭矩的情况下支承和测量，并因而获得比传统的方式好得多的测量结果。
尽管由EP0590169A1已知，在测量转速非恒定的情况下确定转子的不平衡，但由此公开的文件中没有看到任何有关于转子按本发明的方式支承以及旋转的启示或指示。
本发明的另一项设计规定，轴瓦可更换地装在支承装置上，以及支承装置有一个流体供给系统，它允许尤其有不同流体通道的要更换的轴瓦流体密封地连接，由此导致支承装置有利的标准化或不平衡度测量设备的模块结构方式。这同样也适用于一项建议，按此建议规定，支撑板可更换地装在支承装置上或不平衡度测量设备的一个不能振动的构件上，以及支承装置或此构件有一个流体供给系统，它允许尤其有不同流体通道的要更换的支撑板流体密封地连接。有利地可以使用一个公共的流体供给系统，既为轴瓦也为支撑板供给流体。支撑板可以安装在不平衡度测量设备的一个实施因不平衡诱发的振动的部分上，如轴承座或轴承支架，或装在一个不遭受不平衡诱发的振动的构件上，例如框架。
通过设置两块支撑板以及转子用其端面装在它们之间，显著简化了将转子置入一个规定位置。沿轴向准确固定转子的位置，在流动技术上通过在一块支撑板的支承面处流出进入支撑板与端面之间空隙内的流体实现。
也有利的是将用于改变旋转状态的装置设计为皮带传动装置，它的皮带可以靠放在两个基本上对置的转子位置上，因为由此在转子加速或制动期间只有小的横向力作用在转子上，这些小的横向力对于空气静力支承可以说几乎没有影响。
皮带传动装置设有一个设计为V形的张开角可改变的区域以及转子装在该张开角内的这一建议，在结构空间方面和在操纵皮带的安装靠放或从转子偏转开方面均带来优点。为此可以采用简单的流体操纵或电操纵的调整装置，此外，它们的调整运动可以方便地自动化。
下面借助在附图中表示的实施例详细说明本发明。附图中
图1示意表示按本发明的不平衡度测量设备；图2表示按图1的不平衡度测量设备的侧视图；图3示意表示不平衡度测量设备的一支承区；图4表示用于使被平衡的转子加速或制动的皮带传动装置；图1示意表示按本发明的不平衡度测量设备用于一个要平衡的转子1。该不平衡度测量设备有一个振动桥2，转子1在振动桥上可旋转地支承在一个支承装置内，确定该转子的不平衡度以及在本实施例中该转子是一个电机转子。
振动桥2通常通过例如四个支承弹簧3可振动地支承在不平衡度测量设备的框架4上。转子1被皮带传动装置5传动旋转或在测量过程结束后制动。因不平衡诱发的振动桥2的振动借助至少一个检测元件6测量并用于确定在转子1上要平衡的不平衡度。在测量过程中，皮带传动装置5与转子1脱开。
支承装置设计用于支承轴向为水平的转子以及有用于两个支承位置10、10′的支承构件，在图示的实施例中它们设在电机转子在两个端侧的轴颈上。为了沿垂直方向支承转子1，分别设一个敞开的半圆柱形的轴瓦11、11′。轴瓦11、11′有流体通道21、21′，它们通向其半圆柱形的支承表面，以及用于向空气静力支承供入气体或空气或气体混合物或空气混合物。为了沿水平方向支承转子1，为转子1两个端面的每一个配设一块支撑板12、12′。支承12、12′有流体通道，它们通向其支承表面，以及用于向空气静力支承供入气体或空气或气体混合物或空气混合物。
支撑板12、12′的支承面设计为与转子1的与之配属的端面互补。当转子端设计为球状时，支撑板12、12′有一个相应形状的凹槽，当端面为平面时，支撑板12、12′有平的支承面。在支承面内的流体通道图中未表示的出口布置为，使优选地平行于轴向流出的流体不进入转子端部内可能存在的中心孔区域。也就是说，在转子端侧的支承面始终与支撑板支承面内的出口对置。这在流动技术上促使转子的端面固定或系留在支撑板的支承面上，并因而保证沿轴向准确的转子支承位置。
两块支撑板12、12′和两个轴瓦11、11′可以由一个公共的流体供给装置供给，如在图1中通过用F象征性表示的导管段所示。鉴于转子1的垂直和水平支承的具体情况不同，在流体技术上可通过例如在流体通道内的节流点来加以考虑。
为了适应不同的转子类型，轴瓦11、11′和支撑板12、12′可更换地固定在支架13、13′和14、14′上，支架装在支承桥2上。支架13、13′、14、14′有流体导管20，它们设计为使它们的口与不同设计的轴瓦11、11′或不同设计的支撑板12、12′的流体通道21、21′的口密封地相合，如由图3可以更详细地看出的那样。在一个固定在支承桥上设计为标准构件的支架13、13中，流体导管20设有两条支线20′、20″，它们流体密封地与半圆柱形轴瓦11、11′内的两个流体通道21、21′相配。按未进一步表示的方式，各有另一个标准构件按相应的方式设计为用于各自的支撑板12、12′的支架14、14′。
为了驱动或为了制动转子1采用皮带传动装置5。由图2可以看到一种实施形式，其中传动皮带可切向靠放在转子圆周上。
在图4所示的实施形式中，传动皮带可以靠放在两个大体上对置的转子圆周面上，这在空气静力支承的负荷方面有重要意义的是使负荷更加均匀。为此，皮带传动装置5有一个V形段5′，转子1处于其内部。V形段5′的两个边为了靠放在转子圆周面上或从转子圆周面上抬起可以偏转。
取代皮带传动装置5，可以采用其他任何适当的传动装置来加速或制动转子1，例如磁性传动装置或借助空气的传动装置，或还可采用可形状封闭地接合的传动装置。在此对于本发明重要的是，此传动装置对于测量过程可以与转子1脱开，以使转子1在无干扰力和干扰扭矩的情况下旋转。测量可以在转子随时间不变或随时间改变的旋转状态下进行，这就允许使用不同设计的测量和评估装置。若在随时间不变的旋转状态测量，则转子借助一不向转子施加干扰力和干扰扭矩的传动装置，例如一个空气喷嘴，保持恒定转速。
作为支撑在一振动桥2上的替代措施，转子1也可以沿径向支承在例如两个沿轴向隔开距离的轴承支架上。每一个轴承支架带有轴瓦的上部区通过弹性构件支承在所述不平衡度测量设备的框架上，使得带轴瓦的上部区可实施因不平衡诱发的振动。所述轴向支承装置可以与轴承支架的上部区连接，但也可以选择不随同振动地装在所述不平衡度测量设备的框架上。
权利要求
1.一种用于转子(1)的不平衡度测量设备，其主要包括一个用于流体静力支承一可旋转的转子(1)的支承装置、一个改变转子(1)旋转状态的装置、至少一个在测量过程中检测转子(1)不平衡作用的测量变换器(6)、一个产生基准信号的装置以及一个在利用基准信号的情况下对测量变换器所提供的信号进行分析的评估装置，其特征为所述支承装置具有至少两个敞开的供给流体的轴瓦(11、11′)用于接受支承该转子圆周段和至少一块为一转子端面配设的刚性支撑并供给流体的支撑板(12、12′)；此外，在该不平衡度测量设备中设有一个检测转子(1)旋转状态的装置；所述改变旋转状态的装置在测量过程中与转子(1)脱开，以及所述测量过程在随时间不变或优选地随时间改变的旋转状态下进行。
2.按照权利要求1所述的不平衡度测量设备，其特征为所述轴瓦(11、11′)可更换地装在所述支承装置上，以及该支承装置有一个流体供给系统，该流体供给系统可将尤其有不同流体通道(21、21′)的有待更换的轴瓦(11、11′)流体密封地与所述支承装置连接。
3.按照权利要求1或2所述的不平衡度测量设备，其特征为所述支撑板(12、12′)可更换地装在所述支承装置上或所述不平衡度测量设备的一个不能振动的构件上，以及该支承装置或此构件有一个流体供给系统，后者允许将尤其有不同流体通道的有待更换的支撑板(12、12′)流体密封地与所述支承装置或构件连接。
4.按照权利要求1至3之一所述的不平衡度测量设备，其特征为设有两块将两个转子端面夹在它们之间的刚性支撑的并供给流体的支撑板(12、12′)。
5.按照权利要求1至4之一所述的不平衡度测量设备，其特征为所述用于改变旋转状态的装置是一个皮带传动装置(5)，它的皮带可以安装靠放在两个基本上对置的转子位置上。
6.按照权利要求5所述的不平衡度测量设备，其特征为所述皮带传动装置(5)有一个设计为V形的张开角可改变的区域(5)，所述转子(1)装在该张开角区域(5)内。
7.一种用于测量转子(1)不平衡度的方法，其中，将转子(1)装在一个不平衡度测量设备的一个流体静力支承装置内并让转子(1)旋转运动，其特征为该转子(1)沿径向位置准确地支承在至少两个气体静力支承内以及沿轴向位置准确地支承在至少一个气体静力支承内，以及在测量过程中不对转子(1)的旋转状态施加影响，以及该测量过程在随时间改变的旋转状态下进行。
8.一种用于测量转子(1)不平衡度的方法，其中，将转子(1)装在不平衡度测量设备的流体静力支承装置内并实施转子(1)的旋转运动，其特征为转子(1)沿径向位置准确地支承在至少两个气体静力支承内，以及沿轴向位置准确地支承在至少一个气体静力支承内，以及在测量过程中保持转子(1)的转速不变。
全文摘要
本发明涉及一种不平衡度测量设备，它包括一个用于流体静力支承转子(1)的支承装置。为了提高平衡精度和缩短平衡所需时间，本发明建议，该支承装置有至少两个敞开的供给流体的轴瓦(11、11′)以用于承接安装转子圆周段和至少一块为转子端面配设的供给流体的支撑板(12、12′)。在不平衡度测量过程中，传动装置与转子(1)脱开，以及该测量过程优选在转子(1)随时间改变的旋转状态下进行。
文档编号G01M1/06GK1751233SQ200480004108
公开日2006年3月22日 申请日期2004年4月3日 优先权日2003年4月10日
发明者达格玛·费尔德曼, 迪特尔·西伦, 汉斯-彼得·科伯 申请人:申克罗泰克有限责任公司