高速旋转机械的振动测量装置、及振动测量方法与流程

本发明涉及一种高速旋转机械的振动测量装置、及振动测量方法。

背景技术：

以往，众所周知搭载于汽车等发动机上的涡轮增压器，例如专利文献1中的记载，具有将发动机的排气作为动力源进行旋转的旋转体，用于修正该旋转体不平衡状态的不平衡修正方法。

此处，图8表示了一般的涡轮增压器100。

涡轮增压器100是通过旋转体101的旋转(具体而言，是旋转体101中所含压缩机叶轮102的旋转)，对供应至发动机的吸气进行压缩增压，从而使发动机的输出功率提高，提高涡轮机103的效率。并且，在增压时，所述旋转体101以极快的速度旋转。

在此种涡轮增压器100中，若旋转体101存在较大的不平衡，则伴随着旋转体101的旋转，振动过大，可能出现支撑旋转体101的部分等振动并随之产生噪音等不良情况。所以，在涡轮增压器100中，旋转体101的平衡非常重要。因此，在涡轮增压器100的制造过程中，例如在向旋转体101施加旋转力的结构内，会在不拆解涡轮增压器100的状态下，短时间修正旋转体的不平衡状态。

此处，以往修正涡轮增压器的不平衡时，使用与发动机排气相当的空气，使旋转体以规定的转速旋转。在旋转体旋转的状态下，通过加速度传感器，检测振动加速度，并通过相位检测器检测旋转体的旋转角。基于这些检测出的振动加速度及旋转角、旋转体的不平衡量及相位，调整旋转体的平衡(修正不平衡)。另外，调整平衡是通过在旋转体上，利用机械加工等将导致不平衡的部分切削去除来进行。

例如，专利文献2记载了使用弹簧支撑搭载有高速旋转机器的刚性架台，并通过负载仪或振动测量仪测量振动的方法。此时，根据架台和弹簧会设定1～2个固有值，能够进行统一的平衡调整，不会受到各个工件壳体的个体差异影响。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2010-96936号公报

专利文献2：日本专利特开平6-082328号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

以往的振动测量装置中，预先规定了工件的支撑刚性，无法自主变更对不平衡振动的响应灵敏度。因此，在范围较大的速度区域，难以高精度测量不平衡振动。

此外，在流动大量产品的生产线上，难以直接在产品上安装加速度传感器，因此是安装在测量装置的涡旋盘上。此时，涡旋盘的模态质量会对加速度传感器造成影响。另外，涡旋盘呈线状支撑料盒主体(插接口边缘的圆周)，接触面积小，因此振动传播变弱，涡旋盘可能仅单侧支撑料盒主体。并且，由于通过平衡台从涡旋盘的两侧施加压力，因此防振橡胶可能变得过硬，无法保持柔性支撑。

而且，料盒主体的支撑与实际运转时(安装在发动机上的状态)的极限条件不同，因此轴承反作用力未模仿实际运转状态，无法达到弹性平衡。

此外，如专利文献2所示的振动测量方法中，将固有值设定为低于实际运转状态下的支撑条件时，能够测量刚体模式的平衡，但可能无法充分测量实机表现的弹性模式的平衡。此外，所述支撑条件符合实际运转状态时，虽然能够测量弹性模式的平衡，但是无法测量如上所述的刚性模式的平衡。

本发明提供一种高速旋转机械的振动测量装置、及振动测量方法，其能够提高平衡振动测量的精度，减少旋转机械的不平衡。

技术方案

根据本发明的第1方式，高速旋转机械的振动测量装置是用于测量转速可变的旋转机械的平衡振动的振动测量装置，所述转速可变的旋转机械为一料盒，具有绕轴线旋转的转子、及以能够旋转的方式支撑该转子的料盒主体，其特征在于，具备：被刚性固定的支撑结构物；检测所述旋转机械振动的振动检测部；以及将所述旋转机械弹性支撑于所述支撑结构物，且该弹性支撑的弹簧常数可变的弹性支撑部。

根据本发明的第5方式，振动测量方法是用于测量转速可变的旋转机械的平衡振动的方法，所述转速可变的旋转机械为一料盒，具有绕轴线旋转的转子、及以能够旋转的方式支撑该转子的料盒主体，其特征在于，具备：介由弹簧常数可变的弹性支撑部将所述旋转机械弹性支撑在刚性固定的支撑结构物上的工序；使所述旋转机械绕轴线旋转的工序；以及检测所述旋转机械振动的工序。

通过上述高速旋转机械的振动测量装置、及振动测量方法，针对被刚性固定地支撑结构物，介由弹性支撑部将旋转机械弹性支撑后，使旋转机械绕轴线旋转，检测旋转机械的振动，由此能够测量转速可变的旋转机械的平衡振动。

此种情况下，旋转机械被弹性支撑部柔性支撑，该弹性支撑部的弹簧常数能够变更，因此能够提高信噪比，并且能够针对同一旋转机械通过同一装置连续进行以下两种振动测量，即弹簧常数不起作用的低速旋转时的刚体模式平衡振动测量，和在设想实机的支撑条件下高速旋转时的弹性模式平衡振动测量。因此，能够根据低速旋转时及高速旋转时的状态调整平衡，提高平衡振动测量的精度，并减少旋转机械的不平衡。

由此，能够在同一生产线上测量仅刚体模式平衡即可的个体和应当考虑弹性模式平衡的个体，所以还能够节省设备，提高生产效率。

根据本发明的第2方式，高速旋转机械的振动测量装置也可以设置减衰装置，该减衰装置使所述旋转机械对所述支撑结构物的振动减衰。

此时，能够变更减衰特性，并且除了在高速旋转时的弹性模式平衡测量中的弹性模式之外，还能追加减衰功能。

根据本发明的第3方式，高速旋转机械的振动测量装置也可以在机械式或电气式支撑所述旋转机械的夹钳上设置所述弹性支撑部。

此时，旋转机械被夹钳机械式或电气式刚性支撑，因此能够提高旋转机械和振动检测部之间的刚性，可以将旋转机械的振动更好地传达至振动检测部。

此外，能够减少旋转机械以外的振动噪音，提高测量值的信噪比，以更少的设备达到搭载在实际车辆上时的静音性能。

根据本发明的第4方式，在所述高速旋转机械的振动测量装置中，所述振动检测部可以设置在所述夹钳上。

此时，加速度传感器等振动检测部被安装于刚性支撑旋转机械的夹钳上，因此与通过涡旋盘线状支撑旋转机械的情况相比，能够以更高精度测量旋转机械的振动。

有益效果

通过上述高速旋转机械的振动测量装置、及振动测量方法，能够采用同一振动测量装置进行低速旋转时和高速旋转时的平衡振动测量，并且能够提高振动测量的精度，减少旋转机械的不平衡。

附图说明

图1是表示本发明实施方式所述振动测量装置结构的示意图。

图2是表示动刚度和转速关系的图。

图3是表示第1实施例所述振动测量装置结构的示意图。

图4是表示第2实施例所述振动测量装置结构的示意图。

图5是表示第3实施例所述振动测量装置结构的示意图。

图6是表示第3实施例的改进例所述振动测量装置结构的示意图。

图7是表示第4实施例所述振动测量装置结构的示意图。

图8是表示以往涡轮增压器结构的纵剖面图。

具体实施方式

以下，基于附图，对本发明实施方式所述高速旋转机械的振动测量装置、及振动测量方法进行说明。

如图1所示，本实施方式的振动测量装置1是在生产涡轮增压器等高速旋转机械时，取出具备转子的旋转机械即料盒10，从而调整平衡的装置。

料盒10具备：围绕轴线O旋转的转子11、12；和介由轴承(省略图示)以能够旋转的方式支撑转子11、12的料盒主体13。在料盒10中，转子11、12是旋转部分，在本实施方式的振动测量装置1中，该旋转部分的转速可变。该料盒10在已组装转子11、12及料盒主体13的状态下，装配于振动测量装置1上。

振动测量装置1具备：支撑结构物2，该支撑结构物2被刚性固定；加速度传感器3(振动检测部)，该加速度传感器3检测料盒10的振动；弹性支撑部K，该弹性支撑部K将料盒10弹性支撑在支撑结构物2上，并且弹性支撑的弹簧常数可变；减衰装置D，该减衰装置D使料盒10对支撑结构物2的振动减衰。此外，弹性支撑部K具备设定弹簧常数可变的弹簧常数可变机构6。

此处，图1是模式化表示了弹性支撑料盒10的弹性支撑部K和施加减衰的减衰装置D的模型图。

料盒10由橡胶材料的涡旋盘7支撑，该涡旋盘7以线状并呈绝缘状态支撑于料盒主体13的构成插接口边缘的周边部13a，并且料盒主体13的下端部13b被夹钳8以机械式或电气式刚性支撑。夹钳8由聚氨酯等材料构成，从下方支撑料盒主体13。

支撑结构物2是例如固定于生产线地面上的基底等。支撑结构物2上设置有具备弹簧常数可变机构6的弹性支撑部K，通过该弹簧支撑部K弹性支撑料盒10的料盒主体13。

加速度传感器3用于检测旋转时料盒10的振动，测量圆锥模式即轴平行移动以外的振动成分。

弹性支撑部K在支撑结构物2上，介由夹具8支撑料盒10，容许微小的振动。

减衰装置D设置于支撑结构物2和弹性支撑部K之间。

弹簧常数可变机构6设置于支撑结构物2上，其变更弹性支撑部K的弹簧常数及支撑刚性。

接下来，基于图1，关于上述结构的振动测量装置1的作用，进行具体说明。

在本实施方式中，介由弹性支撑部K将料盒10弹性支撑在刚性固定的支撑结构物2上，然后，通过使料盒10绕轴线旋转，检测料盒10的振动，从而能够测量转速可变的料盒10的平衡振动。

此时，弹性支撑部K柔性支撑料盒10，通过弹簧常数可变机构6，能够变更弹性特性即弹簧常数。通过改变该弹性特性，能够提高信噪比，如图2所示，能够针对同一料盒10，采用同一振动测量装置1连续进行以下两种弹簧常数不同的平衡振动测量，即弹簧常数不起作用的柔性支撑(弹性常数k0)下的低速旋转时刚体模式平衡振动测量，和设想实机的环境条件(弹性常数k1)下高速旋转时的弹性模式平衡振动测量。

因此，能够根据低速旋转时及高速旋转时的状态调整平衡，提高平衡振动测量的精度，并减少料盒10的不平衡。

由此，能够在同一生产线上测量仅刚体模式平衡即可的个体(有额定值低于发生弹性模式的转速时)、和应当考虑弹性模式平衡的个体(装载在实际车辆上的情况下运转时会出现弹性模式的规格机型)，因此能够节省设备，提高生产效率。

此外，在本实施方式中，设置有减衰装置D，该减衰装置D使料盒10对支撑结构物2的振动减衰，因此能够变更减衰特性，并且除了在高速旋转时的弹性模式平衡测量中的弹性模式之外，还能具有减衰功能。由此，能够更加详细地重现实际车辆搭载时的振动特性。

此外，在本实施方式中，料盒10被夹钳8以机械式或电气式刚性支撑，因此能够提高料盒10和加速度传感器3之间的刚性，可以将料盒10的振动更好地传达至加速度传感器3。并且有以下优点，即能够减少料盒10以外的振动噪音，提高测量值的信噪比，以更少的设备达到搭载在实际车辆上时的静音性能。

通过上述本实施方式所述的高速旋转机械的振动测量装置、及振动测量方法，能够采用同一振动测量装置1进行低速旋转时和高速旋转时的平衡振动测量，并且能够提高振动测量的精度，修正并减少料盒10的不平衡。

接下来，基于附图，针对采用上述实施方式所述高速旋转机械的振动测量装置、及振动测量方法的实施例进行说明，与上述实施方式同一或相同的部件和部分，使用同一符号，省略说明，仅针对与实施方式不同的结构进行说明。

(第1实施例)

如图3所示，第1实施例所述的振动测量装置1A，在料盒10中，夹钳8由聚氨酯等材料构成，介由位于固定在支撑结构物2上的板簧4(弹性支撑部)上部的插入部41，从下方支撑料盒主体13。

板簧4介由夹具8将料盒10支撑在支撑结构物2上，并容许微小的振动，薄板状的弹簧主体40和在弹簧主体40平面中央部上直立设置的插入部41设置为一体。在弹簧主体40中，从插入部41的基端部分向侧面伸出的部分是弹簧元件部4A。

插入部41具有轴部42、和从轴部42的上端部分向水平方向X伸出的突出部43。在突出部43的突出端侧下表面，固定有加速度传感器3。

2个加速度传感器3用于检测旋转时料盒10的振动，设置在水平方向X上与轴部42保持距离的位置，因此能够测量圆锥模式即轴平行移动以外的振动成分。

支撑结构物2上设置有具备第1弹簧常数可变机构6A的板簧4，通过该板簧4弹性支撑料盒10的料盒主体13。

第1弹簧常数可变机构6A具备一对支撑柱61、61，该支撑柱61、61用上端部在水平方向上以能够滑动的方式，支撑板簧4左右两侧的弹簧元件部4A。支撑柱61设置为分别在支撑结构物2上，通过恰当的移动单元能够在水平方向X(图3中的左右方向)上移动。具体而言，其构成为在支撑结构物2上设置引导轨道2A，在该引导轨道2A上引导一对支撑柱61，其可以将这些支撑柱61设定在移动方向(水平方向X)的规定位置。

在一对支撑柱61的上端设置有把持滚轮62，该把持滚轮62以能够滚动的方式从上下夹持板簧4。通过使支撑柱61移动，能够使板簧4的把持位置(支撑点P1、P2)沿水平方向X位移。即，在弹簧元件部4A中，能够通过支撑柱61的移动，变更弹簧弹性的作用区域即左右支撑点P1、P2之间的弹簧跨距L，由此能够变更板簧4的弹簧常数及支撑刚性。弹簧跨距L长时，弹簧的弯曲变大，刚性下降，因此弹簧常数变小。而弹簧跨距L短时，弹簧的弯曲变小，刚性变大，因此弹簧常数变大。

在支撑结构物2和板簧4之间的一对支撑柱61、61之间设置有多个(2个)减震器5。这一对减震器5分别位于板簧4下表面4a中除去弹簧元件部4A的部分，俯视观察时，其固定于与弹簧元件部4A的插入部41的边界位置4b、4c。

在此种结构的第1实施例所述振动测量装置1A中，介由板簧4将料盒10弹性支撑在刚性固定的支撑结构物2上，然后，通过使料盒10绕轴线旋转，检测料盒10的振动，从而能够测量转速可变的料盒10的平衡振动。

此时，板簧4柔性支撑料盒10，通过移动第1弹簧常数可变机构6A的支撑柱61，改变弹簧元件部4A的支撑点P1、P2，由此能够变更弹性特性即板簧4的弹簧常数。通过改变该弹性特性，与上述实施方式相同，能够提高信噪比，如图2所示，能够针对同一料盒10，采用同一振动测量装置1A连续进行以下两种弹簧常数不同的平衡振动测量，即弹簧常数不起作用的柔性支撑(弹性常数k0)下的低速旋转时刚体模式平衡振动测量，和设想实机的环境条件(弹性常数k1)下高速旋转时的弹性模式平衡振动测量。

因此，能够根据低速旋转时及高速旋转时的状态调整平衡，提高平衡振动测量的精度，并减少料盒10的不平衡。

由此，能够在同一生产线上测量仅刚体模式平衡即可的个体(有额定值低于发生弹性模式的转速时)、和应当考虑弹性模式平衡的个体(装载在实际车辆上的情况下运转时会出现弹性模式的规格机型)，因此能够节省设备，提高生产效率。

因而，在第1实施例中，也能够采用同一振动测量装置1A进行低速旋转时和高速旋转时的平衡振动测量，并且能够提高振动测量的精度，减少料盒10的不平衡。

另外，虽然在第1实施例中设置了减衰装置即减震器5，但是也可以省略该减震器。

(第2实施例)

如图4所示，第2实施例所述高速旋转机械的振动测量装置1B，具备第2弹簧常数可变机构6B，其使用非线性弹簧9，并通过压缩该非线性弹簧9变更弹簧常数。此处，料盒10、加速度传感器3、板簧4、涡旋盘7及夹钳8与上述第1实施例的结构相同，因此此处省略详细说明。关于板簧4上加速度传感器3的安装位置，也是与第1实施例相同的位置。

支撑结构物2上设置有第2弹簧常数可变机构6B。第2弹簧常数可变机构6B具备：一对支撑柱63、63，该支撑柱63、63设置在支撑结构物2上的板簧4水平方向X外侧且可以上下移动；台座21，该台座21以可上下移动的方式设置在该支撑柱63、63之间；以及非线性弹簧9(9A、9B)，该非线性弹簧9(9A、9B)设置于支撑柱63和板簧4之间，及台座21和板簧4之间。另外，图4中省略了水平方向的移动单元。

在支撑柱63上设置有上侧卡止部63a，该上侧卡止部63a在水平方向X上从各个上端朝向相互对向的方向伸出。在上侧卡止部63a和弹簧元件部4A的上表面4d之间，设置有向这两者施力的第1非线性弹簧9A。

支撑柱63具备例如滑动机构和千斤顶等未图示的上下移动机构，可以将支撑柱63的上侧卡止部63a移动并固定至期望的高度位置。

台座21在形成于上端外周缘的阶梯部底面具有下侧卡止部21a。在该下侧卡止部21a和弹簧元件部4A的下表面4a之间，设置有向这两者施力的一对第2非线性弹簧9B、9B，及相比该第2非线性弹簧9A、9B更靠外侧的一对减震器5、5(减衰装置)。

台座21具备例如使用滑动机构和千斤顶等的未图示的上下移动机构，可以将台座21的下侧卡止部21a移动并固定至期望的高度位置。

另外，台座21的上端面21b相对于弹簧元件部4A的下表面4a，位于高于下侧卡止部21a的位置，可以在第2非线性弹簧9B完全压缩前，抵接板簧4的下表面4a，介由板簧4及夹钳8刚性支撑料盒10。

关于非线性弹簧9A、9B，是众所周知的根据弯曲改变弹性常数的非线性弹簧，例如能够采用圆锥螺旋弹簧、不等距螺旋弹簧、锥形螺旋弹簧等。

第2实施例所述振动测量装置1B中，能够通过非线性弹簧的压缩实现板簧4的弹簧特性，并变更弹簧常数。例如，通过压缩非线性弹簧9A、9B，能够提高板簧4的刚性。

另外，虽然在第2实施例中设置了减衰装置即减震器5，但是也可以省略该减震器。

此外，虽然在第2实施例中将加速度传感器3固定于板簧4，但是不限定于此位置，例如也可以将加速度传感器3安装在刚性支撑旋转机械的夹钳8上。此时，与通过在涡旋盘线状支撑旋转机械的情况相比，能够以更高精度测量旋转机械的振动。

(第3实施例)

如图5所示，第3实施例所述高速旋转机械的振动测量装置1C，构成为具备第3弹簧常数可变机构6C，其使用电磁铁23，电磁性变更电磁弹簧44(弹性支撑部)的弹簧特性(弹簧常数)。

电磁弹簧44具备弹簧主体44A及伸出部44B，该弹簧主体44A在外表面粘贴有恰当数量的金属板44C，该伸出部44B从弹簧主体44A的上端向水平方向外侧突出。该伸出部44B的前端下表面设置有加速度传感器3。

在与金属板44C对向的位置，配设有多个电磁铁23。伸出部44B的下表面44a上具备测量部24，该测量部24用于测量伸出部44B的位移、速度、加速度。另外，金属板44C、电磁铁23、测量部24相当于第3弹簧常数可变机构6C。

在第3实施例所述振动测量装置1C中，根据测量部24测量的加速度、速度、位移等测量值，预先决定复原力的大小，使用电磁铁23改变针对金属板44C的磁场，由此能够改变弹簧常数。具体而言，能够通过增强磁场，提高弹簧常数，通过减弱磁场，降低弹簧常数。此外，由于通过电控制，所以能够灵敏地变更特性，提高弹簧常数的变化精度。

此外，不限定于采用加速度传感器3作为振动检测部，也可以采用例如位移传感器等。

接下来，基于图6，关于上述第3实施例的改进例进行说明。

在如图6所示的振动测量装置1D的第4弹簧常数可变机构6D中，在第1实施例的板簧4(弹性支撑部)中设置有支撑柱64，该支撑柱64具有覆盖该弹簧主体40的弹簧元件部4A上方的伸出片64a。在伸出片64a的下表面，粘贴有与弹簧元件部4A对向的线圈25。在弹簧元件部4A的下表面，空开间隔设置有电磁铁26。

在本改进例所述的振动测量装置1D的情况下，也能够通过改变施加在线圈25上的电压，改变弹簧常数。另外，虽然在如图5所示的振动测量装置1C中，设置有测量部24，但是在本改进例中，可以控制省略该测量部24。

(第4实施例)

如图7所示的第4实施例所述振动测量装置1E，构成为设置有第5弹簧常数可变机构6E，其通过调整空气弹簧65的流体压力，改变弹簧主体45(弹性支撑部)的减衰特性(弹簧常数)。

第5弹簧常数可变机构6E具备：空气弹簧65，该空气弹簧65分别设置于主体45的下端45a和左右两侧面45b、45c，并具有压缩功能；及气体压力调整部66，该气体压力调整部66设置为能够调整空气弹簧65的气体压力。

各个空气弹簧65连接于专用气体压力调整部66的管道66A。另外，图7中仅记载了连接于弹簧主体45下端45a的气体压力调整部66，省略了连接于侧面45b、45c的气体压力调整部66。

气体压力调整部66具备：管道66A，该管道66A从压缩机和储气瓶等的流体供应部(省略图示)供应气体(流体)；储压部66B，该储压部66B设置于管道66A的中途；调整阀66C，该调整阀66C配置于储压部66B上游侧的管道66A；节流孔部66D，该节流孔部66D设置于储压部66B和空气弹簧65之间。

所供应的气体为压缩性流体时，可以采用腔室作为储压部66B，调整封入的气体压力，通过空气弹簧65改变支撑刚性。

此外，所供应的气体不是压缩性流体时，通过安装储液器作为储压部66B，能够对空气弹簧65施加弹簧特性。即，能够通过储液器、弹簧特性、流路损失的设定，改变减衰特性。

节流孔部66D通过改变管道66A内的流路损失，变更空气弹簧65的减衰特性。

关于使用的流体，通过使用ER流体(电粘性流体)或MR流体(磁粘性流体)，能够电磁性改变减衰特性，该ER流体和MR流体能够分别通过施加电场和磁场，改变外观的粘性。

本第4实施例所述高度旋转机械的振动测量装置1E，能够通过采用空气压力调整部66调整空气弹簧65的空气压力，从而改变弹簧主体45的减衰特性，改变弹簧常数。此外，使用压缩空气使涡轮增压器加速，从而能够使用该空气源，具有使机构更为简便的优点。

虽然在第4实施例中使用了空气弹簧65作为伸缩装置，但是也可以采用例如封入了流体(空气、油)的气缸代替。

以上，针对本发明所述高速旋转机械的振动测量装置、及振动测量方法的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式的发明，可在不超出其要旨的范围内适当地进行改进。

工业上的可利用性

通过本发明所述高速旋转机械的振动测量装置、及振动测量方法，能够采用同一振动测量装置进行低速旋转时和高速旋转时的平衡振动测量，并且能够提高振动测量的精度，减少旋转机械的不平衡。

附图标记说明

1、1A～1E 振动测量装置

2 支撑结构物

3 加速度传感器(振动检测部)

4 板簧(弹性支撑部)

4A 弹簧元件部

5 减震器(减衰装置)

6、6A～6E 弹簧常数可变机构

7 涡旋盘

8 夹钳

9 非线性弹簧

10 料盒(旋转机械)

11、12 转子

44 电磁弹簧(弹性支撑部)

45 弹簧主体(弹性支撑部)

65 空气弹簧

D 减衰装置

K 弹性支撑部

X 水平方向