專利名稱：用于動態(tài)測量轉(zhuǎn)子的不平衡度的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于動態(tài)測量一個設(shè)置在一殼體中并支承在一個單獨(dú) 的軸承箱中且以高的角速度轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子的不平衡度的方法，以及一種適合 于實(shí)施該方法的裝置。本發(fā)明尤其涉及一種測量一個廢氣渦輪增壓器的轉(zhuǎn) 子的不平衡度的方法和裝置。
背景技術(shù)：
由廢氣驅(qū)動的渦輪增壓器的轉(zhuǎn)子在運(yùn)行時以每分鐘常常超過10萬轉(zhuǎn)的
極高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，并因此必須為避免噪音和高的軸承負(fù)載而特別精確地平衡。 所述轉(zhuǎn)子通常由一根支承在一個附屬軸承箱中的軸構(gòu)成。該軸的一端支承 渦輪，另一端則支承一個壓縮機(jī)輪。出于測量精確度方面的原因， 一般在 一個基本上與標(biāo)準(zhǔn)工作速度相應(yīng)的角速度時測量轉(zhuǎn)子的不平衡度。在此， 所述轉(zhuǎn)子連同軸承箱一起固定裝入一個渦輪外殼中，并用壓力空氣將渦輪 驅(qū)動到所需的轉(zhuǎn)速。這種方法的缺點(diǎn)在于，比轉(zhuǎn)子質(zhì)量更大的軸承箱和渦 輪殼的質(zhì)量會強(qiáng)烈減弱因轉(zhuǎn)子不平衡度引起的振動，并因此影響測量的敏 感性和精確性。
EP 0 426 676 Bl公開了 一種用于一個廢氣渦輪增壓器的高速轉(zhuǎn)子的動 態(tài)平衡方法，其中，支承著轉(zhuǎn)子的渦輪增壓器的殼體中段與包繞所述渦輪 以及壓縮機(jī)輪的殼體部段固定連接。如此構(gòu)成的整體單元借助一些撓性的 且作用在這些殼體部段上的波紋軟管可沿所有三個空間方向運(yùn)動地軟支承 在一個框架中。然而在此，所述安設(shè)在渦輪增壓器的殼體中段上的殼體部 段也會影響振動特性，并進(jìn)而顯著影響對于不平衡度的測量。在所述殼體 部段上設(shè)有一些加速度傳感器，結(jié)合一個光學(xué)測量的相位角對它們的加速 度信號進(jìn)行處理，可用于確定所述不平衡度的大小和方位。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于動態(tài)測量一個設(shè)置在一殼體中并支承在一個單獨(dú)的軸承箱中且以高的角速度轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子的不平衡度的方法，該 方法可減小所述一同振動的質(zhì)量的不良影響并獲得對于不平衡度測量的高 精確度。本發(fā)明的另 一 目的在于提供一種特別適合于實(shí)施這種方法的裝置。 上述第一目的通過一種用于動態(tài)測量一個設(shè)置在一殼體中并支承在一 個單獨(dú)的軸承箱中且以高的角速度轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子的不平衡度的方法來實(shí)現(xiàn)，
該方法包括下述步驟將所述軸承箱固定在所述殼體上并這樣在它們之間
連接彈性撓性元件，即，使得所述軸承箱具有至少兩個可相對于殼體運(yùn)動 的自由度，并將所述轉(zhuǎn)子設(shè)置在所述殼體中的一個適合于驅(qū)動的工作位置
上；然后，將轉(zhuǎn)子加速到一個基本上標(biāo)準(zhǔn)的工作速度，并在該轉(zhuǎn)子以一個 基本上標(biāo)準(zhǔn)的工作速度旋轉(zhuǎn)時，測量因不平衡度引起的振動；在測量因不 平衡度引起的振動的測量轉(zhuǎn)速下，接著確定所述因不平衡度引起的振動相 對于轉(zhuǎn)子角度位置的相位；最后，采用所測得的因不平衡度引起的振動和 相位來確定有待平衡的所述轉(zhuǎn)子的不平衡度。
本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)在于僅僅轉(zhuǎn)子、軸承箱還有其內(nèi)'裝有的軸承獨(dú)立 于其他質(zhì)量、諸如殼體質(zhì)量和其固定裝置的質(zhì)量地產(chǎn)生因不平衡所引起的 振動。由此將所述測量結(jié)構(gòu)的一同振動的質(zhì)量限制到不可避免的、為支承 轉(zhuǎn)子所必需部件的最低值，并因此使之相對于現(xiàn)有技術(shù)明顯減小。這樣帶 來的優(yōu)點(diǎn)是顯著減小因一同振動的質(zhì)量造成的不平衡度測量值的誤差， 并因此可明顯更精確地測得不平衡度。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的另一目的，本發(fā)明提供了一種用于動態(tài)測量一個支承 在一軸承箱中并可以高的角速度轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子的不平衡度的裝置，其具有一 殼體，所述轉(zhuǎn)子和軸承箱可安設(shè)在該殼體上并處于適合于以一個基本上標(biāo) 準(zhǔn)的工作速度驅(qū)動轉(zhuǎn)子的工作位置上，其中，所述殼體至少有一個彈性撓 性的元件，所述軸承箱可這樣固定在該元件上，即，使得所述軸承箱相對 于殼體有至少兩個運(yùn)動自由度。本發(fā)明的裝置可方便和廉價(jià)地制造，并可
以高精確度測量轉(zhuǎn)子的不平衡度。
優(yōu)選在所述裝置的殼體上設(shè)置多個尤其是四個沿軸向和徑向彈性撓性 的元件，這多個元件還按規(guī)律的周向間距同心圍繞所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線地 設(shè)置。通過這樣一種設(shè)置實(shí)現(xiàn)了對軸承箱的一種彈性支承。這種彈性支承 的剛性沿所有的方向基本相同。
按照本發(fā)明的另一建議，所述多個彈性撓性元件在用于所述軸承箱的固定側(cè)通過一軸承環(huán)相互連接，而且設(shè)有用于將所述軸承箱夾緊在所述軸 承環(huán)上的夾緊件。通過這樣一種設(shè)計(jì)，簡化了對于所述裝置的操縱，因?yàn)?所述軸承箱不必逐個地與各彈性元件連接。此外，所述軸承環(huán)可實(shí)現(xiàn)對于 所述彈性撓性元件的封裝設(shè)置，從而使它們不會受到損害。此外，通過限 制軸承環(huán)的運(yùn)動空間，轉(zhuǎn)子殼體的振幅可被限制到一個最大值。按照本發(fā) 明，可在所述軸承環(huán)上設(shè)置振動傳感器、尤其是加速度傳感器。
按照本發(fā)明的另 一建議，所述彈性撓性元件優(yōu)選有一個圓環(huán)扇區(qū)的形 狀，它有一個沿徑向在內(nèi)的扇區(qū)段、 一個沿徑向在外的扇區(qū)段以及將這兩 個扇區(qū)段相互連接起來的彈性元件。所述彈性撓性元件的這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可 以有利的簡便方式將所述殼體與所述軸承環(huán)連接起來，并且只需要很少的 軸向安裝空間。
業(yè)已證明比較適宜的是，所述彈性撓性元件以其徑向在內(nèi)的扇區(qū)段固 定在殼體上，以其徑向在外的扇區(qū)段固定在軸承環(huán)上。這樣，它們沿徑向 不會超出所述軸承環(huán)。所述將兩個扇區(qū)段相互連接起來的彈性元件可呈s 形或Z形彎曲狀。由此帶來的優(yōu)點(diǎn)在于，為實(shí)現(xiàn)所需的彈簧柔性只需比較
元件可簡單地為一體構(gòu)造，例如由一塊彈簧片制成。這樣可實(shí)現(xiàn)廉價(jià)的制 造。
按照本發(fā)明裝置的另一有利的擴(kuò)展設(shè)計(jì)，所述殼體有兩個彈簧桿，所 述軸承箱或所述軸承環(huán)可固定在這兩個彈簧桿上，其中，這兩個彈簧桿設(shè) 置在同一個平行于所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線的平面內(nèi)并沿轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線延 伸。在此，所述軸承箱可相對于殼體沿所有徑向方向運(yùn)動并可圍繞一根在 該平面內(nèi)的徑向軸線轉(zhuǎn)動。所述兩個彈簧桿優(yōu)選設(shè)置在一個垂直的平面內(nèi) 并分別在相同的部位具有至少 一個剛性較弱的撓性段，該撓性段水平方向 的剛性弱于其垂直方向的剛性。所述彈簧桿沿水平方向的剛性大約為彈簧
桿沿垂直方向的剛性的10%。所述彈簧桿沿垂直方向的較高剛性用于支撐
轉(zhuǎn)子和軸承箱的重量。


下面借助附圖所示實(shí)施例對本發(fā)明予以詳細(xì)說明，附圖中
圖1表示按照本發(fā)明的帶有設(shè)置在內(nèi)的渦輪增壓器軀千組的不平衡度測量裝置的橫剖面；
圖2是圖1所示裝置的包括所述彈性撓性元件和軸承環(huán)在內(nèi)的結(jié)構(gòu)單 元的視圖3是按照本發(fā)明的帶有設(shè)置在內(nèi)的渦輪增壓器軀干組的不平衡度測 量裝置另一實(shí)施形式的橫剖面。
具體實(shí)施例方式
圖1所示不平衡度測量裝置包括一個殼體l,該殼體1借助螺釘2可固 定在一個基座或基架上。所述殼體1包含一個流動通道3和一個環(huán)狀的螺 旋形外殼4，后者的中央孔5與所述流動通道3相連通。所述螺旋形外殼4 在其與流動通道3相反的端側(cè)具有一個螺旋形通道4a和一個與其縱向中心 軸線同心的環(huán)面4b。在該環(huán)面上借助螺釘固定有四個分別距所述縱向中心 軸線有相同間距并相互等距布置的、具有相同結(jié)構(gòu)的彈性撓性元件6。
如從圖2中可看到的那樣，所述彈性撓性元件6為基本上圓環(huán)扇區(qū)形 的板狀。通過在該板上挖孔，所述彈性撓性元件6被劃分成一個沿徑向在 內(nèi)的扇區(qū)段7、 一個沿徑向在外的扇區(qū)段8以及將這兩個扇區(qū)段相互連接起 來的Z形彈性元件9。所述元件6分別由一體構(gòu)成并可通過沖裁一塊由彈簧 材料尤其是彈簧鋼所制板材簡單而廉價(jià)地制成。
所述元件6以其內(nèi)扇區(qū)段7固定在所述螺旋形外殼4上并沿徑向向外 延伸。 一軸承環(huán)10在所述元件6的背向所述螺旋外殼4的一側(cè)固定在該元 件6的外扇區(qū)段8上。所述軸承環(huán)IO在此以一凸出的環(huán)面抵靠在所述外扇 區(qū)段8上，它的其余部分則距所述彈性元件9、扇區(qū)段7以及螺旋形外殼4 有一軸向間距。所述螺旋形外殼4的端面在所述彈性元件9和扇區(qū)段8的 區(qū)域內(nèi)沿軸向向回錯移，從而距所述彈性元件9和扇區(qū)段8有一軸向間距。 此外，在所述扇區(qū)段8的徑向外邊緣和所述殼體1之間有一間隙。所述扇 區(qū)段8和與之固定連接的軸承環(huán)10可因此被所述彈性元件9支承地實(shí)施沿 徑向和軸向的相對于所述殼體1和所述螺旋形外殼4的振動運(yùn)動。
所述軸承環(huán)IO具有一個帶有一凸肩12的中心孔11。該中心孔11用于 承接一個環(huán)形法蘭13，后者位于一個被測量的渦輪增壓器的軀干組15的軸 承箱14上。在將所述渦輪增壓器的軀干組15插入中心孔11中后，所述法 蘭13借助設(shè)置在所述軸承環(huán)10上的夾緊板16被夾緊抵靠在所述凸肩12上。
所述渦輪增壓器的軀干組15除了所述軸承箱14外還包括一根支承在 該軸承箱14中的軸以及一個渦輪17和一個壓縮機(jī)輪18。該渴輪17和壓縮 機(jī)輪18分別固定在所述軸的相互反向的兩端。在夾緊的位置狀態(tài)下時，所 述渦輪17處于所述螺旋形通道4a內(nèi)和所述螺旋形外殼4的孔5內(nèi)。通過所 述螺旋形通道4a可使空氣流以恰當(dāng)?shù)姆绞狡D(zhuǎn)到所述渴輪17上，以驅(qū)動 它。排出的空氣則通過孔5和流動通道3排出。所述螺旋形通道4a和所述 孔5的內(nèi)輪廓則構(gòu)造成與所述渦輪17之間保留有足夠大的間隙，以免它們 當(dāng)所述渦輪增壓器軀干組15振動時發(fā)生相互碰撞。所述壓縮機(jī)輪18設(shè)置 在所述殼體l的外面。為導(dǎo)引空氣流動和為了保護(hù)起見，該壓縮機(jī)輪18被 一個壓縮機(jī)外殼或一個保護(hù)罩遮蓋。
為了測量由渦輪17、軸和壓縮機(jī)輪18組成的轉(zhuǎn)子的不平衡度，用空氣 驅(qū)動所述渦輪17并將其加速到一個基本上與標(biāo)準(zhǔn)工作速度相當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速。由 于轉(zhuǎn)子所具有的不平衡度，在由渦輪增壓機(jī)軀干組15和軸承環(huán)10組成的
振動質(zhì)量中會感應(yīng)激發(fā)振動。借助設(shè)置在軸承環(huán)IO上的振動傳感器或加速 度傳感器在不同的轉(zhuǎn)速下測量振動。同時通過一個轉(zhuǎn)角傳感器確定所測得 的感應(yīng)振動當(dāng)時相對于轉(zhuǎn)子的相位。然后借助一個電子計(jì)算機(jī)從所測得的 值中確定所述有待平衡的不平衡量的大小和角度位置。
圖3示出按照本發(fā)明的另一設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的不平衡度測量裝置。該裝置如 前述實(shí)施例那樣包括一個殼體1、 一個設(shè)置在該殼體中的螺旋形外殼4和一 個軸承環(huán)10。 一個有待測量的渦輪增壓器軀干組15的軸承箱M借助夾緊 板16可被夾緊在該軸承環(huán)10的孔11中。在圖3所示實(shí)施例中有兩個彈簧 桿20作為彈性元件。這兩個彈簧桿20的一端借助螺釘21固定在所述殼體 1上，其另一端則借助螺釘22固定在軸承環(huán)10上。這兩個彈簧桿20處于 所述殼體1的自由空腔內(nèi)，它們的縱向軸線處于同一個包含所述渦輪增壓 器軀干組15的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線的垂直平面內(nèi)，并平行于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線和 處于該旋轉(zhuǎn)軸線的兩側(cè)。所述彈簧桿20在離它們兩端不遠(yuǎn)處有剛性較弱的 撓性段23,后者通過對所述彈簧桿20局部相互反向的削平來構(gòu)成。所述撓 性段23設(shè)計(jì)成這樣，即，它的沿著所述兩根彈簧桿20同處在內(nèi)的垂直的 中間平面的剛性，比其沿著垂直于上述中間平面的方向的剛性大約10倍。 通過上述對于彈簧桿20的設(shè)計(jì)和布置，所述軸承環(huán)10和其中設(shè)置有的渦輪增壓器軀干組15這樣彈性撓性地支撐在所述殼體1上，即，使得它們可 沿任意的徑向方向運(yùn)動，其中，該支撐沿水平方向的剛性比其沿垂直方向 的剛性小大約10倍。此外，所述軸承環(huán)10和固定在其中的渦輪增壓器軀
干組15可圍繞一個落在所述兩根彈簧桿20同處在內(nèi)的中間平面內(nèi)的垂直 軸線旋轉(zhuǎn)。由此實(shí)現(xiàn)一種具有至少兩個自由度的支撐，這樣的自由度對于 精確測量轉(zhuǎn)子的不平衡度是必需的。
上述裝置的優(yōu)點(diǎn)在于，可將進(jìn)行所述不平衡度測量時一同振動的質(zhì)量 保持在最佳的小值，因?yàn)椋鲆煌駝拥馁|(zhì)量物僅僅包括所述渦輪增壓 器軀干組的軸承箱和用于夾緊它的裝置亦即包括夾緊件的軸承環(huán)10。利用 上述裝置因此可獲得一個比現(xiàn)有技術(shù)明顯更高的測量精確度。所述裝置另 外具有的優(yōu)點(diǎn)是易于操作并且可廉價(jià)地生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1. 一種用于動態(tài)測量一個設(shè)置在一殼體(1)中并以高的角速度轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子的不平衡度的方法，其中，該轉(zhuǎn)子支承在一個單獨(dú)的軸承箱(14)中，該方法包括下述步驟-將所述軸承箱(14)固定在所述殼體(1)上并這樣在它們之間連接彈性撓性元件(6)，即，使得所述軸承箱(14)具有至少兩個相對于殼體(1)的運(yùn)動自由度，所述轉(zhuǎn)子設(shè)置在所述殼體(1)中的一個適合于驅(qū)動的工作位置上，-將轉(zhuǎn)子加速到一個基本上標(biāo)準(zhǔn)的工作速度，-在轉(zhuǎn)子以一個基本上標(biāo)準(zhǔn)的工作速度旋轉(zhuǎn)時，測量因不平衡度引起的振動，-在測量因不平衡度引起的振動的測量轉(zhuǎn)速下，確定所述因不平衡度引起的振動相對于轉(zhuǎn)子角度位置的相位，-采用所測得的因不平衡度引起的振動和相位來確定有待平衡的所述轉(zhuǎn)子的不平衡度。
2. —種用于動態(tài)測量一個支承在一軸承箱(14)中并可以高的角速度轉(zhuǎn) 動的轉(zhuǎn)子的不平衡度的裝置，其具有一殼體(l),所述轉(zhuǎn)子和軸承箱(M)可安 設(shè)在該殼體(l)上并處于適合于以一個基本上標(biāo)準(zhǔn)的工作速度驅(qū)動轉(zhuǎn)子的工 作位置上，其中，所述殼體(1)有至少一個彈性撓性的元件(6)，所述軸承箱 (14)可這樣固定在該元件(6)上，即，使得所述軸承箱(14)相對于殼體(1)有至 少兩個運(yùn)動自由度。
3. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，在所述殼體(l)上設(shè)置多個 相同的、沿軸向和徑向彈性撓性的元件(6),這多個元件還按規(guī)律的周向間 距同心圍繞所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線地設(shè)置。
4. 如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述多個彈性撓性元件(6) 在用于所述軸承箱(14)的固定側(cè)通過一軸承環(huán)(10)相互連接，而且設(shè)有用于 將所述軸承箱(14)夾緊在所述軸承環(huán)(10)上的夾緊件。
5. 如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，在所述軸承環(huán)(10)上設(shè)有 振動傳感器、尤其是加速度傳感器。
6. 如權(quán)利要求3至5中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述彈性撓 性元件(6)有圓環(huán)扇區(qū)的形狀，它有一個沿徑向在內(nèi)的扇區(qū)段(7)、 一個沿徑向在外的扇區(qū)段(8)以及將這兩個扇區(qū)段(7, 8)相互連接起來的彈性元件(9)。
7. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述彈性撓性元件(6)以其 徑向在內(nèi)的扇區(qū)段(7)固定在殼體上，以其徑向在外的扇區(qū)段(8)固定在軸承 環(huán)(10)上。
8. 如權(quán)利要求6或7所述的裝置，其特征在于，所述將兩個扇區(qū)段(7， 8)相互連接起來的彈性元件(9)呈S形或Z形彎曲。
9. 如權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述兩個扇
10. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述殼體有"兩個彈簧桿 (20)，所述軸承箱(14)或所述軸承環(huán)(10)可固定在這兩個彈簧桿上，其中， 這兩個彈簧桿(20)設(shè)置在同一個平行于所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線的平面內(nèi)并沿轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線延伸。
11. 如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所迷兩個彈簧桿po)設(shè) 置在一個垂直的平面內(nèi)并分別在相同的部位具有至少一個剛性較弱的撓性 段(23)，該撓性段(23)水平方向的剛性弱于其垂直方向的剛性。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于動態(tài)測量一個設(shè)置在殼體(1)中并支承在一單獨(dú)的軸承箱(14)的轉(zhuǎn)子的不平衡度的方法和裝置，其中，所述方法包括下述步驟將軸承箱(14)固定在殼體(1)上并在它們之間連接一些彈性撓性元件(6)，使得軸承箱(14)具有至少兩個可相對于殼體(1)運(yùn)動的自由度，轉(zhuǎn)子設(shè)置在殼體(1)中的一個適合于驅(qū)動的工作位置上，將轉(zhuǎn)子加速到一個基本上標(biāo)準(zhǔn)的工作速度，然后在轉(zhuǎn)子以基本上標(biāo)準(zhǔn)的工作速度旋轉(zhuǎn)時，測量因不平衡度引起的振動，并在測量因不平衡度引起的振動的測量轉(zhuǎn)速下，確定所述振動相對于轉(zhuǎn)子角度位置的相位，采用所測得的因不平衡度引起的振動和相位來確定有待平衡的轉(zhuǎn)子的不平衡度。
文檔編號G01M1/04GK101305272SQ200680041880
公開日2008年11月12日 申請日期2006年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月9日
發(fā)明者迪特爾·西倫 申請人:申克羅泰克有限責(zé)任公司