JP3990098B2 - 不釣合い測定装置および方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、アダプタによって回転可能に保持された回転体の不釣合いを測定する装置および方法に関し、特に、回転体を保持するアダプタを備えたプレート状のダイナモメータ要素を具備する不釣合い測定装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ドイツ公開特許第２８４７２９５号から、部分的に弾力性のあるスリットが付けられ、ウェブを備えたプレート状のダイナモメータ要素を有するバランシングマシンが知られている。その内部プレートは、バランシングスピンドルとして形成された回転体用のアダプタを有する。このアダプタプレートは、回転体の軸の両側でプレート面に配置されたウェブとダイナモメータ要素の外側枠部材とを結合している。アダプタプレートは、回転体が回転する際に発生する振動を振動変換器に送り、該振動変換器は、振動中の、不釣合いモーメントの結果発生する不釣合い分に対応する、アダプタプレートの軸を中心とした揺動運動だけを検出する。個々の力（静的な不釣合い）に従って発生する不釣合い分が、測定方向がプレート平面に平行に延びているさらなる振動変換器によって受けられる。ダイナモメータ要素は下部構造に支持されている。支持するために、２つの曲げ弾性の板ばねとさらなる曲げ弾性の支持体とが設けられている。力を回転軸の方向で緩衝するための板ばねが回転体の軸の両側でアダプタプレートに固定され、プレート表面から直角に延びている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この既知の装置の場合、たとえばスラストや重力のような軸方向に作用する力を吸収するため曲げ弾性支持体の形で分離された要素が設けられている。これらの要素は、アダプタプレートの振動運動、および不釣合い測定の精度に望ましくない方法で影響する可能性がある。
そこでこの発明は、不釣合いを測定し、および、不釣合いモーメントと静的な不釣合いに基づく不釣合い分を正確に評価することが可能な不釣合い測定装置を提供することを目的とする。
【０００４】
また、特に静的不釣合いを測定するための精度が向上し、不釣合いを測定するための簡単で費用的に有利な不釣合い測定装置および方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
請求項１記載の発明は、回転体の不釣合いを測定する装置であって、前記回転体の回転軸に直角に配置されるプレート状のダイナモメータ要素を有し、当該ダイナモメータ要素は、回転体を回転可能に保持するためのアダプタを有するアダプタプレートと、アダプタプレートの外側に固定配置された枠部材と、アダプタプレートと枠部材との間に配置され、枠部材に対するアダプタプレートの不釣合いにより誘起する振動を、並進振動およびねじり振動に分割して検出するために、プレート平面の振動とプレート平面に直角な振動とを検出するための少なくとも２つの振動ピックアップと、アダプタプレートと枠部材との間を連結するウェブであって、当該ウェブは、アダプタの両側に配置され、アダプタプレートを振動可能に支えるために、プレート面で、かつ、回転軸に直角に位置する揺動軸を中心に設けられた対をなすウェブを有することを特徴とする不釣合い測定装置である。
【０００６】
請求項２記載の発明は、回転体の不釣合いを測定する装置であって、前記回転体の回転軸に直角に配置されるプレート状のダイナモメータ要素を有し、当該ダイナモメータ要素は、回転体を回転可能に保持するためのアダプタを有するアダプタプレートと、アダプタプレートの外側に固定配置された枠部材と、アダプタプレートと枠部材との間に配置され、枠部材に対するアダプタプレートの不釣合い振動をプレート面で検出するための振動ピックアップと、アダプタプレートと枠部材との間を連結するウェブであって、当該ウェブは、アダプタの両側に配置され、アダプタプレートを振動可能に支えるために、プレート面で、かつ回転軸に直角に位置する揺動軸に配置された第１のウェブ対と、第１のウェブ対を中心に対称に配置された２組の第２のウェブ対とを有することを特徴とする不釣合い測定装置である。
【０００７】
請求項３記載の発明は、回転体を回転可能に保持するためのアダプタを有するアダプタプレートと、アダプタプレートの外側に固定配置された枠部材と、枠部材に対してアダプタプレートが振動可能なように、アダプタプレートと枠部材との間を連結するウェブであって、アダプタの両側に配置され、アダプタを含むアダプタプレートを振動可能に支える対をなすウェブと、アダプタプレートと枠部材との間に配置され、枠部材に対するアダプタプレートの振動を検出するための振動ピックアップと、を含むプレート状ダイナモメータ要素を有し、アダプタに保持された回転体から由来する力とモーメントとは、前記ダイナモメータ要素のアダプタプレートに生じる並進振動およびねじり振動に分割して検出されることを特徴とする不釣合い測定方法である。
【０００８】
前記対をなすウェブは、請求項２記載のように、第１のウェブ対と、２組の第２のウェブ対とを含んでいてもよい。
第１のウェブ対は、振動軸に配置され、第２のウェブ対は振動軸を中心に、すなわち第１のウェブ対を中心に対称に配置されている。
【０００９】
第１のウェブ対はアダプタプレートおよびアダプタに保持された回転体の重量その他の不釣合いで誘起されない力を支えるために必要な剛性と、アダプタプレートを振動可能に支持するための構造を有している。一方、第２のウェブ対はアダプタプレートを振動可能に支えるために、弾性のある構成であればよい。
この発明による装置では、プレート状のダイナモメータ要素１が回転体３に由来するすべての力とモーメントとを支える。１対のウェブ６は、回転軸８方向のスラストまたは重力を単に支えるだけではなく、それを振動可能に支えるために、剛性分布と質量分布に関して本質的に対称的な構成を有する。さらに、その結果、アダプタプレート４に不釣合いにより誘起される振動を、並進振動とねじり振動とに分離でき、正確な不釣合い測定を確実に行わせることができる。
【００１０】
さらに、コンパクトな構造および形状の装置とすることができる。
プレート状のダイナモメータ要素１は、特に価格的に有利であり、たとえば金属部材を変形することにより、または切削することにより製造することができる。あるいは鋳物部材として製造することもできる。もちろん複数の部品を溶接、ねじその他の手段によって結合して構成することも可能である。
この発明の装置によれば、回転体３の重心の、ダイナモメータ要素１の関連する平面からの間隔を非常に短くでき、すなわち最終的には改良された平面分離に基づき正確な測定結果を得ることができる。この発明の装置は、本質的に構造が対称であり、振動ピックアップの測定面がダイナモメータ要素１のアダプタプレート４の面に存在するので、静的な不釣合いの測定が非常に正確に行える。
【００１１】
また、この発明の装置は、単一面不釣合い測定に対して有利である。
この発明の構成に従って、プレート平面および回転軸８を含む平面に１対のウェブ６を配置することにより、ダイナモメータ要素１のねじり振動の揺動軸１０が最適に位置決めされる。測定結果に影響する妨害する力やモーメントがないように、１対のウェブ６により形成された揺動軸１０がプレート平面に存在する。この１対のウェブ６が、曲げ剛性を有するように構成されることにより、簡単な方法で、不釣合いで誘起しない力、たとえば重力、または軸８方向の力を発生する要素、たとえば回転子羽根を有する回転子の構成に基づき発生する力を支えることができる。さらに、たとえば、四角形プロフィールの場合またはウェブを形成する２つの間隔をおいたロッドの場合の状態がどんなものであれ、ウェブ対のウェブがその横軸を中心に高い面慣性モーメントを有する。
【００１２】
この発明の好ましい構成においては、揺動軸を形成する１対のウェブの両側に、さらに２対の平行に延びるウェブを配置すると、設計に関してだけでなく製造に関して、目盛定めおよび測定精度に特に有利な対称的な装置を構成することができる。これは、ピックアッププレートが四角形に形成され、ウェブ対がその四角形の長辺の端部または中央に配置される構成に適している。
この発明は、簡単な方法で水平方向だけでなく垂直にダイナモメータ要素１をプレート面に配置させるもので、従って、垂直または水平の回転軸を有する特別な要求に適合した不釣合い測定装置が非常に簡単に実現できる。
【００１３】
この発明の構成における回転軸は、垂直方向に配置され、それと共にプレート面が水平に延びているので、不釣合い測定装置および不釣合い測定のさらなる要素、たとえば、駆動および制御装置または回転体をたとえば慣性スピンドルまたはピックアップ平面に固定するためのスパン装置のために、ダイナモメータ要素の内部にある個別の支持要素から自由に空間が利用できる可能性が得られる。これは全体的にコンパクトで使用しやすい構造に通じている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下には、図面を参照してこの発明の実施形態について説明をする。
図１は、この発明の一実施形態に係るダイナモメータ要素１の斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａに沿う断面図である。
図１，２を参照して、ダイナモメータ要素１は、回転体３を保持するためのアダプタ２を備えた内側のアダプタプレート４と、外側の枠部材５とを有する。これらは、１対のウェブ６，６、もう１対のウェブ７，７およびさらにもう１対のウェブ７ａ，７ａを介して互いに結合されている。アダプタプレート４、枠部材５および各ウェブ対６，７，７ａは、単一の金属等を削り出し加工等することによって構成された一体的なものであってもよいし（実施形態は一体的なものを示している）、別体でできたアダプタプレート４と枠部材５とが、別に形成された３対のウェブ６，７，７ａによって結合されていてもよい。
【００１５】
ダイナモメータ要素とは、バランシング技術において、ばね付きの支持および測定システムと定義できる。この実施形態に示されるダイナモメータ要素１の３対のウェブ６，７，７ａがばねとして機能する。
アダプタ２は、アダプタプレート４の孔に固定されており、不釣合いが測定される回転体３を取り付けできる回転スピンドル２Ａを有する。図示した例では、アダプタ２が、回転体３が固定される受け面を有する。アダプタ２および回転スピンドル２Ａは、通常の方法、たとえばベルト式駆動装置またはフランジ付き電動機によって駆動される。
【００１６】
ダイナモメータ要素１は、外側の枠部材５に固定された２つの振動ピックアップ１１，１２を備えている。振動ピックアップ１１，１２は、たとえば電気力学的な速度ピックアップまたは圧電式ピックアップを使用することができる。これら振動ピックアップ１１，１２の信号は、２つの平衡面における不釣合いの平衡を測定するための不釣合い測定装置に、大きさに従い、図示されていない基準角度発生器の信号を利用して、また角位置に従って伝達される。
【００１７】
アダプタプレート４の不釣合いで誘起された振動が、並進振動およびねじり振動に変換される。ここに並進振動とは、Translation Vibrationsと英訳される、アダプタプレート４の面方向（図１では水平方向）に生じる振動である。
不釣合い誘起振動の並進振動およびねじり振動への変換は、アダプタプレート４のプレート面に直角に延びる回転体３の回転軸８が、プレート状のダイナモメータ要素１の中心面に存在する揺動軸１０を中心としてねじりまたは揺動可能であることによって行われる。揺動軸１０は、回転軸８と直角に交差し、図示した例では、不釣合いで誘起された並進振動を検出する方向に対して直角に配置されている。しかし、並進振動を検出する方向は、後述するように、揺動軸１０の方向に配置することも可能である。不釣合いで誘起された揺動軸１０を中心とするねじり振動は、不釣合いを測定すべき回転体３の不釣合いモーメントから生じる。アダプタプレート４の不釣合い誘起の並進振動は、回転体３の静的な不釣合いによって引き起こされ、回転軸８に垂直に存在する平面で起きる。単一平面でバランスをとる場合、並進振動を検出する振動ピックアップ１２だけが備えられていればよい。従って、不釣合い測定平面が単一平面の装置では、ねじり振動を検出するための振動ピックアップ１１を省くことができる。
【００１８】
３対のウェブ６，６、７，７、７ａ，７ａの配置およびそれらの特性によって、外側の枠部材５に関連してアダプタプレート４に生じる振動等に影響されない、アダプタプレート４に本質的に生じる不釣合いで誘起される並進振動およびねじり振動を確実に得ることができる。さらに、１対のウェブ６，６は、アダプタプレート４のねじり運動の揺動軸１０に配置され、さらに、１対のウェブ６，６に対して等間隔に、２対のウェブ７，７、７ａ，７ａが、平面図で見ると長方形のアダプタプレートの長辺端部に配置されている。１対のウェブ６，６を揺動軸１０に配置することによって、１対のウェブ６，６はアダプタプレート４の不釣合い誘起ねじり運動に対して妨害モーメントを発生できず、１対のウェブ６，６はアダプタプレート４の不釣合い誘起ねじり運動に影響を及ぼさない。１対のウェブ７，７、７ａ，７ａの配置は、１対のウェブ６，６に平行であり、すなわち揺動軸１０に平行である。そして揺動軸１０から等間隔離れた位置にある。すなわち、平面視でアダプタプレート４に対して平行四辺形状を示している。全てのウェブ対６，６、７，７、７ａ，７ａは、互いに平行で揺動軸１０にも平行である。
【００１９】
揺動軸１０に延びる１対のウェブ６，６は、揺動可能にアダプタプレート４および枠部材５に連結されているが、プレート面からの曲げに関連して曲げ剛性がある。この曲げ剛性によって、付加的な支持要素を必要とすることなく、回転体３が回転することにより引き起こされる回転軸８方向の力またはダイナモメータ要素１の重力のような不釣合い誘起でない力も、また、すべて除くことが可能になる。つまり、１対のウェブ６，６は、アダプタプレート４の不釣合いで誘起されない力を支えると共に、アダプタプレート４を振動可能に支持している。
【００２０】
振動軸１０を中心としたアダプタプレート４のねじり振動を検出するため、振動ピックアップ（振動変換器）１１が設けられている。振動ピックアップ１１としては、たとえば可動コイルピックアップが用いられ、その測定軸は回転体３の回転軸８に平行に延びている。振動ピックアップ１１は、図示の例では、外側の枠部材５に形成された突起１３に固定されている。突起１３には窪みが形成され、この窪みにおいて、アダプタプレート４に形成されたプレート状突起１４が運動可能であり、曲げ弾性のある結合ロッド１５を介して不釣合い誘起ねじり振動を振動ピックアップ１１に送る。変形例として、プレート状突起１４以外の所定形状をした、アダプタプレート４の振動をそのまま出力できる検出部を設けてもよい。
【００２１】
並進振動を測定するために設けられた振動ピックアップ１２の測定軸は、回転体３の回転軸８および揺動軸１０に直角で、かつ、プレート状のダイナモメータ要素１の中心平面、換言すればアダプタプレート４の中心平面に存在する。振動ピックアップ１２は、図示した実施形態では、外側の枠部材５の外周面側に形成された窪みに配置されている。振動ピックアップ１２は、曲げ弾性を有する連結ロッド１６を介して、アダプタプレート４の短辺側に結合している。
【００２２】
両方の振動ピックアップ１１，１２の少なくとも１つの軸が平行に移動でき、その後、そのピックアップが固定される実施形態は詳細には示されていない。これは、振動ピックアップ１２で、フランジ面を有する該ピックアップを、外側枠周囲の窪み本体の、関係する枠面に移動することによって実行できる。両方のピックアップ信号の、たとえば、工作物の非等方性または製造物の非対称性に基づく、場合によっては起きる可能性のある相の欠陥を、簡単な方法で機械的に除去できる。
【００２３】
アダプタプレート４と枠部材５との間で直接配置される圧電ピックアップの使用も可能である。圧電ピックアップを用いると、幾何学的に観察して、装置により高い対称度を与える。さらに、揺動運動を検出するためのピックアップは、揺動軸１０を中心としてその両側に配置してもよく、これは対称度をさらに向上させる。
図３は、図１のＢ−Ｂに沿う断面図である。ダイナモメータ要素１のねじり剛性の調節を可能にするものとして、図３に見られるように、細い部分を形成する除去部２０が２対のウェブ７，７、７ａ，７ａに設けられていてもよい。２対のウェブ７，７、７ａ，７ａをかかる形状にすると、各ウェブの曲げ剛性と、それとともに最終的にはアダプタプレート４の揺動能力とに影響する。
【００２４】
図４は、ウェブ６の平面図であり、アダプタプレート４および枠部材５の一部が一緒に示されている。上述と同様に、平面図に表われるウェブ６における除去部２１は、並進運動に関してアダプタプレート４の運動能力の調整を可能にするものとして利用することができる。
上述した図１に示す実施例は、プレート状のダイナモメータ要素１をほぼ水平方向に配置し、アダプタ２に取り付けられた回転体３の回転軸８がほぼ垂直方向になるようにして使用する例を示した。しかし、図１に示すダイナモメータ要素１は、そのダイナモメータ要素１がほぼ垂直方向になるように配置し、すなわち揺動軸１０がほぼ垂直方向になるように配置して、アダプタ２に取り付けられる回転体３の回転軸８がほぼ水平方向に延びるような状態で使用することも可能である。
【００２５】
図５には、この発明の他の実施形態に係るダイナモメータ要素１の平面図ならびにＣ−Ｃに沿う断面図およびＤ−Ｄに沿う断面図が示されている。
図５のダイナモメータ要素１は、並進振動の方向Ｔと揺動軸１０の方向とが互いに一致している。１対のウェブ６，６は、それぞれ、２本の独立したロッド６Ａ，６Ｂによって構成されている。これらロッド６Ａ，６Ｂは、垂直方向に一定の間隔をあけて配置されている。連結棒１６ａは、２本のロッド６Ａ，６Ｂの間に、両ロッド６Ａ，６Ｂに平行に配置され、ダイナモメータ要素１の中心面に位置するようにされている。
【００２６】
１対のウェブ６，６の各ウェブを構成する各２本のロッド６Ａ，６Ｂは、ピボット軸（揺動軸）１０を形成し、そのピボット軸１０に関するアダプタプレート４のピボット振動を許容する。ロッド６Ａ，６Ｂを含む１対のウェブ６はプレート面以外の曲げに対して曲げ剛性を有する。振動ピックアップ１１はピボット振動（ねじれ振動）を検知する。
２対のウェブ７ｂ，７ｂ、７ｃ，７ｃは、アダプタプレート４にピボット振動（ねじり振動）が生じたことに起因してアダプタプレート４の端部が振動し得るように十分に柔らかく構成されている。また水平方向にも十分に柔らかく構成されていて、アダプタプレート４に生じる並進振動Ｔを妨げることがないようにされている。アダプタプレート４に生じる並進振動は振動ピックアップ１２ａによって検出される。
【００２７】
図６は、この発明による装置の原理を示す図である。垂直回転軸８を有する不釣合い測定装置の原理的構造の図６からわかるように、回転軸８を有する回転体３が、水平に延びる揺動軸１０を中心に回転可能に軸支されている。回転軸８とアダプタプレート４とは、長方形に互いに配置された梃子を有する狭角調整レバーによって図で説明される。ダイナモメータシステムは、ばね記号３０で示される水平方向剛性と、ねじりばね記号３２で示されるねじり剛性を有する。１点鎖線３３は、垂直方向に関する振動ピックアップ１１の作用面を示し、１点鎖線３４は水平方向に関する振動ピックアップ１２作用面を示す。
【００２８】
単面測定（一面測定）の際、つまり静的不釣合いを確認する際には、この水平振動ピックアップ１２が、静的不釣合いに基づく水平方向の振動経路を測定する。その場合、揺動軸１０が水平方向振動ピックアップ１２の作用面３４、すなわち、プレート状ダイナモメータ要素１の中心面に留まる。
二平面測定の場合、つまり静的不釣合いとモーメント不釣合いの重なりとして観察できる動的不釣合いを測定する場合、水平方向の振動ピックアップ１２が静的不釣合いに基づく水平方向の振動経路を測定し、他方、垂直振動ピックアップ１１が、狭角レバー配置８，４の揺動運動により、モーメントの不釣合いに基づき発生する垂直方向の振動経路を測定する。その際、揺動軸１０は、水平方向振動ピックアップ１２の作用面３４に留まっている。
【００２９】
妨害する影響、たとえば、付加的な支えに基づき影響されるシステムの場合、発明によるシステムと比較して、質量の分布と剛性の分布に関して対称性が低く、そのシステムの揺動軸１０が水平方向の振動ピックアップ１２の作用面だけでなく外にも置かれており、これはたとえば大きな振動経路まで測定することになる。
この発明では、揺動軸１０、すなわち、プレート状ダイナモメータ要素１の関連する平面が、水平方向の振動ピックアップ１２の作用面に留まることがまず確保され、従って、動力学的な不釣合いにより誘起された揺動運動に理想的な分離と、および、それによる静的不釣合いの正確な測定が行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態にかかるダイナモメータ要素の斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａに沿う断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂに沿う断面図である。
【図４】ウェブ６の輪郭形状を示す平面図である。
【図５】この発明の他の実施形態にかかるダイナモメータ要素の概略構成を示す平面図および断面図である。
【図６】この発明による装置の原理を示す図である。
【符号の説明】
１ ダイナモメータ要素
２ アダプタ
３ 回転体
４ アダプタプレート
５ 枠部材
６，７，７ａ，７ｂ，７ｃ ウェブ（ウェブ対）
８ 回転軸
１０ 揺動軸
１１ ねじれ振動検出用振動ピックアップ
１２ １２ａ 並進振動検出用振動ピックアップ
１５，１６，１６ａ 連結ロッド
２０，２１ 除去部

Claims (3)

1. 回転体の不釣合いを測定する装置であって、
   前記回転体の回転軸に直角に配置されるプレート状のダイナモメータ要素を有し、
   当該ダイナモメータ要素は、
   回転体を回転可能に保持するためのアダプタを有するアダプタプレートと、
   アダプタプレートの外側に固定配置された枠部材と、
   アダプタプレートと枠部材との間に配置され、枠部材に対するアダプタプレートの不釣合いにより誘起する振動を、並進振動およびねじり振動に分割して検出するために、プレート平面の振動とプレート平面に直角な振動とを検出するための少なくとも２つの振動ピックアップと、
   アダプタプレートと枠部材との間を連結するウェブであって、当該ウェブは、アダプタの両側に配置され、アダプタプレートを振動可能に支えるために、プレート面で、かつ、回転軸に直角に位置する揺動軸を中心に設けられた対をなすウェブを有することを特徴とする不釣合い測定装置。
2. 回転体の不釣合いを測定する装置であって、
   前記回転体の回転軸に直角に配置されるプレート状のダイナモメータ要素を有し、
   当該ダイナモメータ要素は、
   回転体を回転可能に保持するためのアダプタを有するアダプタプレートと、アダプタプレートの外側に固定配置された枠部材と、
   アダプタプレートと枠部材との間に配置され、枠部材に対するアダプタプレートの不釣合い振動をプレート面で検出するための振動ピックアップと、
   アダプタプレートと枠部材との間を連結するウェブであって、当該ウェブは、アダプタの両側に配置され、アダプタプレートを振動可能に支えるために、プレート面で、かつ回転軸に直角に位置する揺動軸に配置された第１のウェブ対と、第１のウェブ対を中心に対称に配置された２組の第２のウェブ対とを有することを特徴とする不釣合い測定装置。
3. 回転体を回転可能に保持するためのアダプタを有するアダプタプレートと、
   アダプタプレートの外側に固定配置された枠部材と、
   枠部材に対してアダプタプレートが振動可能なように、アダプタプレートと枠部材との間を連結するウェブであって、アダプタの両側に配置され、アダプタを含むアダプタプレートを振動可能に支える対をなすウェブと、
   アダプタプレートと枠部材との間に配置され、枠部材に対するアダプタプレートの振動を検出するための振動ピックアップと、
   を含むプレート状ダイナモメータ要素を有し、
   アダプタに保持された回転体から由来する力とモーメントとは、前記ダイナモメータ要素のアダプタプレートに生じる並進振動およびねじり振動に分割して検出されることを特徴とする不釣合い測定方法。

Images