MACHINE D'ÉQUILIBRAGE DE L'ARBRE D'ENTRAÎNEMENT ET PROCÉDÉ D'ÉQUILIBRAGE

1. Une machine d'équilibrage d'arbre de transmission pour l'équilibrage dynamique des arbres d'entraînement, comprenant au moins deux socles disposés sur un lit de machine, chaque socle comprenant une partie supérieure montée sur des ressorts et recevant une broche rotative autour d'un axe et comprenant un support pour Une extrémité d'un arbre d'entraînement à équilibrer et un premier capteur de vibration qui détecte les vibrations de la partie supérieure résultant d'un déséquilibre de l'arbre d'entraînement ainsi que des efforts supplémentaires impliqués dans au moins un premier degré de liberté de mouvement normal à l'axe de broche , Dans lequel la partie supérieure d'au moins un socle monte un second capteur de vibration qui détecte les vibrations de la partie supérieure dans au moins un second degré de liberté de mouvement et dans lequel les signaux de vibration des premier et second capteurs de vibrations sont alimentés à Un circuit d'évaluation qui analyse les signaux de vibration et les relie de telle sorte que les excitations de vibrations de hauteur de la partie supérieure n'entrent pas dans la valeur de déséquilibre du lecteur s Calculé dans l'évaluation.

2. Machine d'équilibrage selon la revendication 1, dans laquelle un troisième capteur de vibration est agencé sur la partie supérieure d'au moins un socle pour détecter les vibrations de la partie supérieure dans la direction de l'axe de la broche et en ce que le circuit d'évaluation est configuré Pour déterminer à partir des signaux de vibration du troisième capteur de vibration une excitation de force axiale et éliminer dans l'évaluation d'une mesure de déséquilibre la composante de l'excitation de force axiale des signaux de vibration pour calculer le niveau de déséquilibre.

3. Procédé pour l'équilibrage dynamique des arbres d'entraînement en utilisant une machine d'équilibrage selon la revendication 1, dans lequel une étape de calibrage précède une mesure de déséquilibrage des arbres d'entraînement, dans lequel des courses de référence séparées sont effectuées sur chacun des deux socles de la machine à équilibrer, comprenant Effectuer une première course de référence avec une force transversale nulle ou basse et une excitation de moment, une seconde course de référence avec une excitation de force transversale de grandeur connue et une troisième course de référence avec un moment d'excitation de grandeur connue, analysant harmoniquement les signaux de vibration détectés de la référence , Les stockant comme paramètres et les utilisant pour calculer une matrice d'étalonnage et en évaluant les signaux de vibration dans la mesure de déséquilibre ultérieure d'un arbre de transmission en utilisant la matrice d'étalonnage calculée, de telle sorte que les excitations de vibration de hauteur ne pénètrent pas dans la valeur de déséquilibre de la Arbre de transmission calculé dans l'évaluation.

4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel, dans l'étape d'étalonnage, on effectue une autre course de référence avec une excitation de force axiale et des vibrations d'une partie supérieure d'au moins un piédestal dans la direction de l'axe de la broche sont détectées par un capteur de vibration , Analysés harmoniquement, stockés en tant que facteur d'étalonnage et, dans la mesure de déséquilibre ultérieure d'un arbre d'entraînement, sont séparés des signaux de vibration pour calculer la valeur de déséquilibre.

La description:

TRANSFERT SUR LES APPLICATIONS CONNEXES

Les demandeurs revendiquent la priorité selon 35 USC §119 de la demande allemande no 10 2013 101 375.9 déposée le 12 février 2013.

DOMAINE DE L'INVENTION

La présente invention concerne une machine d'équilibrage d'arbre d'entraînement pour l'équilibrage dynamique des arbres d'entraînement, comprenant au moins deux socles disposés sur un lit de machine, chaque socle comprenant une partie supérieure montée par ressort montant une broche rotative autour d'un axe et comprenant un support Pour une extrémité d'un arbre d'entraînement à équilibrer et un premier capteur de vibration qui détecte les vibrations de la partie supérieure résultant d'un déséquilibre de l'arbre d'entraînement ainsi que des efforts supplémentaires impliqués dans au moins un premier degré de liberté de mouvement normal à la broche axe. La présente invention concerne en outre un procédé pour l'équilibrage dynamique des arbres d'entraînement.

CONTEXTE DE L'INVENTION

Les machines d'équilibrage d'arbres d'entraînement sont connues, entre autres, à partir du document DE 28 02 367 B2 et US-A- N ° 6 694 812 B2. Dans les machines d'équilibrage d'arbre d'entraînement, les arbres d'entraînement à équilibrer sont reçus à chaque extrémité par une broche rotative d'un piédestal. La broche est portée dans un logement de palier supporté sur le piédestal au moyen de ressorts. Les ressorts, qui sont généralement des ressorts à lame, sont agencés de manière à permettre à la partie supérieure de vibrer en raison du déplacement parallèle de son axe de la broche et ne répondant qu'aux efforts transversaux générés par un déséquilibre de l'arbre d'entraînement et transmis à la partie supérieure À travers les joints et la broche. Étant donné que les articulations de l'arbre d'entraînement ne transmettent pas de moments de flexion, les piédestaux des machines d'équilibrage d'arbre d'entraînement sont configurés comme dispositifs de mesure de déséquilibre pour un seul plan, un capteur de vibration étant agencé sur chaque piédestal pour détecter les vibrations de la partie supérieure du socle dans Le degré de liberté de mouvement normal à l'axe de la broche. Cette configuration a depuis été prouvée en pratique.

Dans une machine d'équilibrage du vilebrequin connue sous DE 15 73 670 B2, le support de palier d'un socle est porté sur deux transducteurs de force de détection de vibration ayant des directions de mesure différentes situées dans le plan de support. Les signaux des deux transducteurs de force sont divisés en évaluant les circuits en fonction de leurs composants de vibrations cartésiennes, à partir desquels les composants circulaires et polaires ou anti-circulaires sont représentés.

Le document JP 57 165 731 A décrit un système de correction de déséquilibre dans lequel le rotor est porté en deux paliers au moyen de broches de palier. Chaque palier comprend un premier capteur de vibration pour détecter les vibrations de l'axe de palier et, espacé de celui-ci, un second capteur de vibration mesurant dans le même sens que le premier et détectant des vibrations de pièces d'accouplement agencées à la fin de la broche de palier.

RÉSUMÉ DE L'INVENTION

Avec la nécessité de mesurer les arbres d'entraînement à des vitesses relativement élevées au voisinage de leur vitesse de fonctionnement normale, il a cependant montré qu'à des vitesses plus élevées, les demandes de précision de la mesure de déséquilibre ne peuvent plus être satisfaites. Un objet de la présente invention est donc de proposer une machine d'équilibrage d'arbre d'entraînement du type initialement désigné qui permet des mesures précises également à des vitesses d'équilibrage plus élevées proches de la vitesse de fonctionnement normale de l'arbre d'entraînement. Un autre objet de la présente invention est de fournir un procédé amélioré du type initialement mentionné.

En ce qui concerne la machine d'équilibrage d'arbre d'entraînement, l'objet visé est réalisé par les caractéristiques récitées selon la revendication 1 . Un mode de réalisation avantageux de la machine d'équilibrage est défini dans la revendication 2 . En ce qui concerne le procédé, l'objet visé est accompli par les caractéristiques de procédé décrites dans la revendication 3 , et un autre développement de ce procédé est accompli avec les caractéristiques récitées dans la revendication 4 .

Dans la machine d'équilibrage d'arbre d'entraînement de l'invention, la partie supérieure d'au moins un socle monte un second capteur de vibration qui détecte les vibrations de la partie supérieure dans au moins un deuxième degré de liberté de mouvement, avec les signaux de vibration des premier et Le second capteur de vibration étant alimenté à un circuit d'évaluation qui analyse les signaux de vibration et les relie de telle sorte que les excitations de vibration de hauteur de la partie supérieure n'entrent pas dans la valeur de déséquilibre de l'arbre d'entraînement calculée dans l'évaluation.

La présente invention réside dans le fait que la partie supérieure du piédestal, en présence de vitesses d'équilibrage relativement élevées et malgré une excitation exclusive par des forces transversales provoquées par le déséquilibre et le support de ressort guidant normalement à l'axe de rotation, exécute des vibrations dans lesquelles la broche L'axe n'est plus déplacé purement parallèle, le mouvement contenant plutôt des composants supplémentaires d'un pas autour d'un axe s'étendant dans une direction transversale à l'axe de broche et transversalement à la direction de guidage du support de ressort. La rigidité dynamique des ressorts supportant la partie supérieure, laquelle rigidité contrecarre les mouvements de hauteur, diminue à des vitesses élevées et, avec l'augmentation de la vitesse, peut provoquer une résonance de hauteur au niveau duquel les parties supérieures du piédestal ne répondent plus exclusivement aux forces radiales mais Sont très sensibles à l'excitation du moment. En raison de la configuration de la machine d'équilibrage de l'invention, c'est au moyen du second capteur de vibration que les vibrations de la partie supérieure sont détectées dans le deuxième degré de liberté de mouvement en exécutant des mouvements de hauteur et sont séparées de la déséquilibre induite Composants de vibration dans le calcul d'évaluation. De cette manière, des évolutions de mesure réduites provoquées par des vitesses d'équilibrage plus élevées sont évitées.

Selon une autre proposition de l'invention, un troisième capteur de vibration peut être agencé sur la partie supérieure d'un socle pour détecter les vibrations de la partie supérieure dans la direction de l'axe de la broche, le circuit d'évaluation étant configuré pour déterminer à partir de la vibration Les signaux du troisième capteur de vibration et une excitation de force axiale et pour supprimer dans l'évaluation d'une mesure de déséquilibre la composante de l'excitation de force axiale à partir des signaux de vibration pour calculer le niveau de déséquilibre.

Ce mode de réalisation de la machine d'équilibrage présente l'avantage que des forces axiales fréquentes en rotation qui peuvent provoquer une composante d'interférence dans les signaux de vibration détectés par les capteurs de vibration ne peuvent pas affecter négativement la précision de la mesure de déséquilibre. Des efforts axés sur la rotation peuvent se produire dans la mesure de déséquilibre des arbres d'entraînement lorsque ceux-ci n'ont pas de compensation axiale sous la forme d'un élément coulissant ou d'un joint homocinétique axialement déplaçable.

Le procédé de l'invention comprend une étape d'étalonnage précédant une mesure de déséquilibrage des arbres d'entraînement, dans laquelle des courses de référence séparées sont effectuées sur chacun des deux sommets de la machine d'équilibrage, comprenant l'exécution d'une première course de référence avec une force transversale nulle ou basse et une excitation de moment , Une seconde course de référence avec une excitation de force transversale de grandeur connue, et une troisième course de référence avec un moment d'excitation de grandeur connue, analysant harmoniquement les signaux de vibration détectés des courses de référence, les stockant comme paramètres et les utilisant pour calculer un calibrage La matrice et l'évaluation des signaux de vibration dans la mesure de déséquilibre ultérieure d'un arbre d'entraînement en utilisant la matrice d'étalonnage calculée, de sorte que les excitations de vibration de hauteur ne pénètrent pas dans la valeur de déséquilibre de l'arbre d'entraînement calculée dans l'évaluation.

Dans un autre mode de réalisation du procédé, on peut prévoir dans l'étape d'étalonnage pour une autre course de référence avec une excitation de force axiale pour détecter les vibrations de la partie supérieure du socle dans la direction de l'axe de la broche au moyen d'un capteur de vibration , Les analyser harmoniquement, les stocker comme facteur d'étalonnage et, dans la mesure de déséquilibre ultérieure d'un arbre d'entraînement, les séparer des signaux de vibration pour calculer la valeur de déséquilibre.

DESCRIPTION BRÈVE DES DESSINS

La présente invention sera expliquée plus en détail ci-après en référence aux modes de réalisation illustrés dans le dessin annexé, dans lequel:

FIGUE. La figure 1 est une représentation schématique d'une machine d'équilibrage d'arbre d'entraînement de l'art antérieur; et

FIGUE. La figure 2 est une représentation schématique d'un socle d'une machine d'équilibrage d'arbre d'entraînement selon l'invention.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE DES DESSINS

FIGUE. La figure 1 montre la construction de base d'une machine d'équilibrage connue 10 destinée à l'équilibrage des arbres d'entraînement. La machine d'équilibrage 10 comprend un lit de machine 12 sur lequel deux piédestaux 13 , 14 sont disposés l'un en face de l'autre. Les sommets ont une base respective 15 , 16 qui est montée pour un déplacement longitudinal dans un guide linéaire s'étendant dans la direction longitudinale du lit de machine 12 et est mobile pour adapter la distance entre les sommets 13 , 14 à la longueur de l'arbre d'entraînement à être reçu. Les bases 15 , 16 portent une partie supérieure 17 , 18 , respectivement, supportées sur elles au moyen de ressorts 19 , 20 . Chaque partie supérieure 17 , 18 reçoit une broche respective 21 , 22 montée pour la rotation dans des boîtiers de palier. Les broches 21 , 22 des deux parties supérieures 17 , 18 sont agencées de manière coaxiale et ont à leur extrémité opposée des dispositifs de serrage 23 , 24 pour localiser avec précision une extrémité de fixation, par exemple la bride d'extrémité, d'un arbre d'entraînement W. Au moins Une partie supérieure, dans le dessin de la partie supérieure 18 , comprend un moteur d'entraînement 25 adapté pour régler la broche 22 et ainsi l'arbre d'entraînement monté W en mouvement de rotation. L'autre broche 21 peut tourner librement avec l'extrémité montée de l'arbre d'entraînement W, mais elle peut également être dotée d'un moteur d'entraînement. Chaque partie supérieure 17 , 18 comprend en outre un capteur de vibrations respectif 26 , 27 qui détecte les vibrations de la partie supérieure respective 17 , 18 dans une direction, dans ce mode de réalisation la direction verticale et les transmet sous forme de signaux électriques à une évaluation électronique Et le dispositif informatique. Pour mesurer le mouvement de rotation des broches 21 , 22 , il est également prévu un capteur d'angle de rotation électrique 28 qui est également relié au dispositif d'évaluation et de calcul.

Pendant une course de mesure, l'arbre d'entraînement W est entraîné à une vitesse Ω, avec les déséquilibres de l'arbre d'entraînement W vibrations d'excitation des parties supérieures 17 , 18 des socles 13 , 14 . Les vibrations et leur vitesse sont détectées et leurs phases et leurs grandeurs permettent de déterminer le déséquilibre de l'arbre d'entraînement 10 dans deux plans de mesure. Les plans de mesure d'un arbre d'entraînement sont les plans perpendiculaires à l'axe de rotation et traversant le centre des articulations, car les forces induites par le déséquilibre U y sont transmises en tant que forces transversales Q aux brides de l'arbre d'entraînement montées sur les broches. Les déséquilibres des brides de l'arbre d'entraînement et des pièces d'accouplement sont également détectés dans les plans de mesure. Les ressorts 19 , 20 des sommets 13 , 14 des machines d'équilibrage d'arbre d'entraînement sont classiquement configurés et agencés de sorte que les parties supérieures 15 , 16 des sommets 13 , 14 oscillent à la suite de l'excitation par ces forces transversales de manière à provoquer Axes des broches 21 , 22 pour exécuter des mouvements parallèles, ce qui maintient leur direction normale aux plans de mesure. Le résultat ainsi obtenu est que les sommets 13 , 14 répondent exclusivement aux forces transversales provoquées par le déséquilibre de l'arbre d'entraînement et transmises par les joints. En conséquence, chaque piédestal d'une machine d'équilibrage d'arbre d'entraînement représente classiquement un dispositif de mesure de déséquilibre pour un plan de déséquilibre.

Cette configuration connue et conventionnelle des machines d'équilibrage de l'arbre d'entraînement a été prouvée en pratique et produit des résultats satisfaisants à de faibles vitesses. Cependant, les arbres de transmission ont une disposition vers un comportement élastique, ce qui entraîne la nécessité d'équilibrer les arbres d'entraînement à des vitesses relativement élevées au voisinage de la vitesse de fonctionnement future normale. Lorsque l'arbre d'entraînement fonctionne à des vitesses plus élevées, la partie supérieure du piédestal, même excitée exclusivement par des forces transversales, n'exécute plus de vibrations parallèles pures, ses vibrations contenant plutôt des composants de mouvements de tangage, cf. Le changement de position de la partie supérieure du socle indiqué sur la Fig. 2 en pointillés. Le piédestal ne répond plus aux forces transversales exclusivement, mais aussi aux moments de flexion. Le signal u 1 (t) du capteur de vibration contient alors des composants causés par des forces transversales (fréquentes en rotation) (flèche droite sur Q) et les composants provoqués par des moments de flexion (fréquents en rotation) {flèche droite sur (M) } (T). La séparation entre ces deux causes n'est pas possible lorsqu'un seul capteur de vibration est utilisé par piédestal. En conséquence, la détermination du déséquilibre est corrompue par des moments agissant sur la partie supérieure du piédestal. La présente invention montre comment ces erreurs de mesure peuvent être évitées par l'utilisation d'un autre capteur.

Selon la présente invention, les parties supérieures des deux sommets d'une machine d'équilibrage d'arbre d'entraînement sont équipées d'un premier et d'un deuxième capteur de vibration. FIGUE. La figure 2 montre le socle 13 de la machine d'équilibrage d'arbre d'entraînement 10 dont la partie supérieure 17 comprend selon l'invention deux capteurs de vibrations 26 , 29 . Les deux capteurs de vibration 26 , 29 du socle 13 sont espacés l'un de l'autre par une grande distance, ce qui leur permet de délivrer différents signaux: 1,1 (t) u 1,2 (t) lorsque des vibrations parallèles et de tangage sont superposé. Pour les signaux de mesure analysés harmoniquement des capteurs de vibration, la technologie d'équilibrage utilise conventionnellement un

aiguille représentation Vous ( T ) = Vous · Ω T = ( Vous Vous je suis ) · Ω T .

Pour l'excitation d'un piédestal, les composants horizontal et vertical

U = ( U H U V ) , M = ( M H M V ) , Q = ( Q H Q V )

Sont introduits dans le système de coordonnées fixé au rotor.

Pour les forces d'excitation et les moments d'excitation, la corrélation linéaire suivante est alors vraie

( Q H Q V M H M V ) = ( une B C - B une - C E F g H - F E - H g ) · ( Vous 1 , Vous 1 , je suis Vous 2 , Vous 2 , je suis ) ,

Où seuls huit paramètres libres se produisent dans la matrice d'étalonnage 4 × 4 en raison de symétries. Ceux-ci peuvent être déterminés de manière empirique en laissant entrer effet dans une opération de référence, par exemple une petite excitation (Q)} 0 ≈0, {flèche droite sur (M)} 0 ≈0 et ensuite une première et une seconde Excitation d'une grandeur connue, par exemple {flèche droite (Q)} I = Q Kal , {flèche droite sur (M)} I ≈0, {flèche droite sur (Q)} II ≈0, {flèche droite sur ( M)} II = M Kal , les signaux du capteur étant analysés harmoniquement et sauvegardés à l'aide de {flèche droite sur (u)} 1 0 , {flèche droite sur (u)} 1 I , {flèche droite sur (u)} 1 II , {Flèche droite sur (u)} 2 0 , {flèche droite sur (u)} 2 I , {flèche droite sur (u)} 1 II .

De manière appropriée, l'excitation peut être produite en plaçant des éléments de déséquilibre d'essai sur la broche. Avec cette approche, chaque piédestal est considéré séparément.

Les huit paramètres libres a. . . H sont obtenus lors de la transposition des équations en résolvant un système d'équation linéaire de la forme

UNE _ _ · ( une B C E F g H ) = ( Q H je - Q H 0 Q V je - Q V 0 M H je - M H 0 M V je - M V 0 Q H II - Q H 0 Q V II - Q V 0 M H II - M H 0 M V II - M V 0 )

Les coefficients de la matrice A dépendent des différences des signaux de mesure analysés harmoniquement


({Flèche droite sur (u)} 1 I - {flèche droite sur (u)} 1 0 ), ({flèche droite sur (u)} 1 II - {flèche droite sur (u)} 1 0 ), ({ Flèche droite (u)} 2 I - {flèche droite sur (u)} 2 0 ), ({flèche droite sur (u)} 2 II - {flèche droite sur (u)} 2 0 ).

Une fois que la matrice d'étalonnage est connue, il est possible de séparer la force transversale et l'excitation du moment sur toutes les mesures suivantes:

( Q H Q V ) = ( une B C - B une - C ) · ( Vous 1 , Vous 1 , je suis Vous 2 , Vous 2 , je suis ) ,

Et, respectivement,

( M H M V ) = ( E F g H - F E - H g ) · ( Vous 1 , Vous 1 , je suis Vous 2 , Vous 2 , je suis ) .

Les considérations suivantes s'appliquent ensuite à l'ensemble de l'équilibreur avec deux socles.

Les excitations de la force transversale du premier et du second piédestal

( Q 1 , H Q 1 , V ) , ( Q 2 , H Q 2 , V )

Peut ensuite être alimenté au calcul de déséquilibre conventionnel. L'étalonnage du déséquilibre réel s'effectue alors en plaçant des éléments de déséquilibre connus dans les plans de mesure de l'arbre d'entraînement. De cette manière, il est possible d'éliminer les erreurs de mesure causées par les effets des moments presque complètement au moyen d'un second capteur.

Le moment excitations du premier et du second piédestal

( M 1 , H M 1 , V ) , ( M 2 , H M 2 , V )

Serait normalement ignoré. Dans les circonstances, un test pourrait être effectué pour vérifier si une valeur limite est dépassée, car un fabricant d'arbres de transmission pourrait éventuellement limiter, outre l'effet du déséquilibre, également l'effet des moments sur les composants à bride.

Des problèmes de mesure peuvent également se produire si l'arbre d'entraînement n'a pas de compensation axiale (par exemple, un élément coulissant ou une articulation homocinétique déplaçable). Les forces axiales à rotation constante peuvent alors introduire une composante d'interférence dans le signal de mesure. Selon l'invention, en appliquant un troisième capteur de vibration 30 à la partie supérieure 17 du socle 13 , il est possible de détecter l'excitation par des forces axiales fréquemment fréquentes et de le considérer dans le calcul du déséquilibre. Cette approche est parfaitement analogue à celle décrite dans ce qui précède. D'abord, une course de référence est effectuée sans excitation, puis trois courses d'étalonnage avec excitation de force transversale, excitation de moment et excitation de force axiale. Dans cette approche, la génération de forces axiales fréquemment fréquentes est un peu plus difficile car elle ne peut être réalisée par le placement d'éléments de déséquilibre de test. Une possibilité inclut l'utilisation d'un excitateur de force de phase, mais cela impliquerait des dépenses considérables. Plus pratique, il s'agirait, par exemple, d'un arbre d'entraînement avec compensation de longueur qui est situé dans le dispositif de serrage avec un décalage axial défini. Pour la course de référence et les deux premières opérations d'étalonnage, la compensation de longueur serait activée, mais la désactivant pour la dernière exécution de calibrage. Alors qu'une quantification ultérieure des forces axiales mesurées n'est pas possible, elles peuvent être séparées néanmoins et éliminées de la mesure de déséquilibre.