JPH04233427A

JPH04233427A - 釣合い試験の過程で共振の増加を自動検出するための方法および装置

Info

Publication number: JPH04233427A
Application number: JP3229954A
Authority: JP
Inventors: Wolfgang Dr Trommer; ウォルフガング　トロマー; Karl-Heinz Schminke; カール−ハインツ　シュミンケ
Original assignee: Carl Schenck AG
Current assignee: Carl Schenck AG
Priority date: 1990-09-10
Filing date: 1991-09-10
Publication date: 1992-08-21
Also published as: DE59103660D1; EP0476285B1; DE4028656C2; DE4028656A1; US5257541A; EP0476285A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、力測定形釣合い試験
機を用いて釣合い測定を行う過程で、共振の増加を自動
的に検出するための方法および装置に関するものである
。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】釣合い試
験機に釣合いをとるロータを搭載すると、質量体と若干
異なるばね剛性体からなる振動可能なシステムが出来あ
がる。力測定形釣合い試験機の場合には、不釣合い測定
値を共振回転数に近い範囲で測定しないことが精密測定
を実施する上で必要である。その理由は、共振回転数に
近い範囲で測定した場合には、測定誤差が著しく増大す
るためである。したがって、最初の共振回転数の約３０
％に相当する回転数の範囲で不釣合いを測定するのが一
般的である。その際、共振回転数は、ロータ質量の大き
さと、ロータの慣性モーメントと、軸受質量と、ロータ
と釣合い試験機が作るシステムのロータおよび軸受の剛
性とに大きく依存する。

【０００３】力測定形釣合い試験機の場合、従来は、許
容できる最大の釣合い回転数を表から求めていた。その
ために、釣合い試験機の作業者は、メーカから渡された
表を見て、その時のロータ質量に許容された最大の測定
用回転数を読取っていた。このように表で回転数を求め
る方法では、対称的なロータにおける最大許容回転数の
みが求められることがわかった。この場合は、剛体ロー
タが撓みやすい軸受で水平移動することにより生じる固
有形態のみが考慮されていた。ところが、力測定形釣合
い試験機においては、上述の固有形態の他に、一般的に
言って、なお２つの別の固有形態が考えられる。この形
態に属する共振回転数は、多くの場合、ロータを平行移
動したときの固有形態の共振回転数以下である。これら
の両固有形態は、１つには、撓みやすい軸受で比較的剛
性のあるロータが逆方向に運動することを想定しており
、もう１つには、比較的硬い軸受支持台での撓みやすい
ロータの撓みを想定している。

【０００４】ロータと軸受システムを一定にしたとき、
どのような共振回転数が最小になるかは、ロータ質量と
その慣性モーメント、軸受質量とロータ剛性、または、
軸受剛性に依存する。一般的に言って、固有形態の共振
回転数がロータの形状に基づく最低回転数の面分離を決
定する。この場合は、固有形態が強く支配的であるため
に、大まかに言えば、単一振動体の規則性を採用すべき
である。

【０００５】比較的撓みやすい軸受における剛性ロータ
の平行移動で、固有形態のみを考慮すると、そのときの
釣合いをとるロータに対しては、表から求めた最高の許
容回転数は高すぎることになり、その結果、作業員が気
付かないうちに、測定結果を歪曲する共振の増加が発生
する。したがって、最初に説明した種類の方法を改良し
て、力測定形釣合い試験機でも、共振回転数に極めて近
似した値が得られるようにすべきであるという課題が存
在する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この課題は、請求項１な
いし１１に記載したこの発明の構成によって解決できる
。

【０００７】

【作用】この発明によれば、釣合い試験の過程で、許容
回転数の最大値が自動的に検査できて、この測定回転数
を超過したときは、作業員に対処のためのヒントを与え
ることができる。また、この発明の他の態様によれば、
所定の測定用回転数の自動修正が可能な釣合い測定を行
うことができる。

【０００８】

【実施例】以下には、図面を参照して、この発明の一実
施例について詳細に説明をする。図１は、評価装置７、
表示および入力ユニット４が付属する釣合い試験機２０
のブロック回路図である。図１を参照して、釣合いをと
るロータ１７を備える釣合い試験機２０は、付属する評
価装置７のために、不釣合い試験時に許容できない共振
の増加を識別して、表示および入力ユニット４へ信号を
送ることができる。釣合い試験機２０は、釣合いをとる
ロータ１７を支持する役目の２個の軸受支持台１８，１
９を備えている。軸受支持台１８，１９には、各軸受面
１５，１６毎に、測定用検出器１３，１４が備えられて
いる。両検出器１３，１４は、不釣合い測定回路９に接
続された第１回路スイッチ１経由で、評価装置７と電気
的に接続される。釣合い試験機２０に配置されたロータ
１７は、駆動ユニット２と組合い、この中で回転同期の
基準信号が発生する。駆動ユニット２の基準信号は、不
釣合い測定回路９に接続された第２回路スイッチ３経由
で、評価装置７と接続される。

【０００９】両測定用検出器１３，１４が発生する測定
信号は、評価装置７の不釣合い測定回路９で周波数選択
および増幅がされる。さらに、回転数とは独立した測定
信号を得るために、測定信号は不釣合い測定回路９で二
重積分される。測定信号は、不釣合い部分の他に、不釣
合いの測定回転数が高速の時に、共振の増加によって発
生する測定誤差を含んでいる。

【００１０】この測定誤差は、主として、不釣合い測定
信号が遠心力に比例すると仮定された式で計算されるこ
とに起因する。ところが、力測定形釣合い試験機の場合
には、回転数が高くなると、共振現象が発生するので、
これも一緒に考慮しなければならない。この発明は、許
容できないほど大きな回転数の範囲では、許容できない
ほど大きな共振の増加が生じ、測定信号の理想的な値は
、実際に許容され得る不釣合い値と異なり、遠心力に比
例する、という事実を利用する。その場合、偏差が回転
数の増加に伴って大きくなると、常に共振の増加が存在
する。この規則性をベースにして、評価装置７は、各種
の測定回転数で得た各軸受面における少なくとも３つの
不釣合い信号を求めて、これをメモリに入れる必要があ
る。次に、その時の差を求めて、互いに比較する。

【００１１】このために、評価装置７には、回転数検出
回路８が備えられ、この回路８へ基準信号が供給される
。これらの基準信号はロータ同期部分を含むので、所定
の時間サイクルの間、回転数検出回路８によってそれぞ
れのロータ回転数が連続して計算される。この回転数検
出回路８は、同時に、表示および入力ユニット４にも接
続されている。このため、回転数検出回路８へ各種のロ
ータ回転数を送り込むことができる。また、表示および
入力ユニット４に回転数設定器６を設け、異なるロータ
回転数が手動でセットできるようにされている。回転数
検出器８では、セットされたロータ回転数を、連続して
その時のロータ回転数と比較して、セットされた回転数
と一致するごとに検出信号を１つ発し、この信号によっ
て不釣合い測定信号が評価装置７の中間メモリ１０へ送
られる。

【００１２】中間メモリ１０にも不釣合い測定回路９が
接続され、メモリ１０へ不釣合い測定回路９の出力信号
が連続して供給される。その結果、中間メモリ１０には
、所定の各ロータ回転数に対して、そのときの不釣合い
測定信号がストアされる。このとき、中間メモリ１０に
は、各軸受面１６ごとに別々に不釣合い測定信号がスト
アされる。評価装置７は、不釣合い測定信号の中間メモ
リ１０へのストアが、目標回転数までロータが加速する
ときにも実施できるように設計される。しかし測定回転
数の設定は、作業員が別に実施することももちろん可能
である。設定された回転数はいずれの場合も、不釣合い
測定過程でのロータの目標回転数である最高回転数を基
準にする。その場合の目標回転数は、機械とロータとで
決まる回転数であって、理想的な場合には、最初の共振
回転数に対して少なくとも７０％の回転数以下になるよ
うにする。この目標回転数は、一般に、最初の固有形態
で決定されるが、実際には他の各固有形態、またはその
組合せもこれから生ずるので、さらに低い回転数でもか
なりの共振の増加が存在することになる。力測定形釣合
い試験機では、いずれにしても実際上の駆動時に、現実
の共振回転数を計算で求めるわけにはいかないので、上
記範囲内で目標回転数を定めたときでも、測定結果を歪
曲する重要な共振の増加がしばしば発生しかねない。

【００１３】許容できないほど大きな共振の増加の探知
のために、ロータの加速時に、少なくとも３つの不釣合
い測定信号を検出してストアする。これらの不釣合い測
定信号は、目標とする測定回転数に対する測定値に比べ
て明らかに低い回転数のときに得られたものである。こ
れらの回転数は、実際は、目標回転数より著しく低くあ
るべきであるが、しかし最低回転数は極めて高く選択さ
れるので、強制力の影響はできるだけ小さく保たれる。測定回転数を目標測定回転数の６０％および８０％に選
択するのが好ましい。

【００１４】中間メモリ１０にストアされた各軸受面１
５，１６の不釣合い測定値は、接続配線経由で差分計算
回路２３が自由に使用することができる。差分計算回路
２３は、各軸受面１５，１６に対する３つの不釣合い測
定値から、その都度２つの隣接する不釣合い測定値のベ
クトル差を作る。このとき測定値差がかなり大きければ
、不釣合いの測定結果にかなりの歪曲が発生する。した
がって、差分計算回路２３で公差比較を実施する。この
目的のために、差分計算回路２３は表示および入力ユニ
ット４内の調整部材５に接続され、これによって不釣合
い公差範囲が手動で設定できる。不釣合い公差範囲は固
定して設定するか、データ媒体から呼び出すこともでき
る。

【００１５】差分計算回路２３は、各軸受面１５，１６
のすべての測定値差を所定の公差値と比較する。その際
、測定値差が設定された公差範囲の或る割合以内にある
ときは、目標回転数のときの不釣合い測定値を周知の方
法で表示する。そのために、差分計算回路２３は入力お
よび表示ユニット４内の表示器２１と接続される。ここ
で、先に説明した公差比較をするときに、設定する公差
範囲を、許容できる最終公差範囲より一定値だけ小さく
選択する。たとえば、これ以外の測定精度をも考慮する
ために、ＩＳＯ　　１９４０に従って選択する。さらに
比較時には、絶対的な公差値を比較的な公差範囲まで推
定し、しかも目標回転数ｎｓに対する測定値を、絶対的
公差自体と比較して行う。そのために、差分計算回路２
３内で１つの信号が発生し、これによって目標回転数の
ときの不釣合い測定値が中間メモリ１０から表示器２１
まで送られるようになる。

【００１６】これに対して、差分計算回路２３での比較
において、この設定した比較公差範囲を超過する偏差が
発生して、目標の設定回転数に対する実際の測定値が、
公差範囲外に存在するときは、すべての測定値差を比較
計算回路１１へ送る。目標回転数に対する実際の測定値
が公差範囲内にあるときは、測定値を周知の方法で表示
する。

【００１７】さらに、この比較計算回路１１が中間メモ
リ１０と接続されているため、測定用回転数の値の他に
、各軸受面１５，１６のそれぞれの不釣合い測定値が比
較計算回路１１で使用されることになる。比較計算回路
１１では、各軸受面の両測定値差が、その都度比較され
る。各軸受面に対する比較で、高速の両回転数間の測定
値差が、低速の両回転数間の差より大きいと、一般に、
共振の増加による測定結果の歪曲が存在する。各軸受面
に対する測定値の差を比較した結果、高速の測定回転数
の間の２つの差の値が、低速の測定回転数間の差より大
きいと、後にさらに角度の比較計算を実施する。

【００１８】いずれにせよ、前述の差の比較計算から、
共振の増加による測定結果の歪曲が、十分な精度をもっ
て決定できることになる。そのときは対応する差の値の
偏差決定時に、１つの情報信号が発生して、これが音響
的または視覚的に共振の増加を表示する役目をする。し
たがって、測定精度を向上させるために、比較計算回路
１１内で各軸受面に対する角度の比較計算をさらに行う
。そのために、各軸受面に対して、隣接する不釣合い測
定値の参考点に関連する２つの隣接する不釣合い測定値
の角度を比較する。そのとき、隣接する不釣合い測定値
間で比較した角度が、回転数の増大とともに軸受面で比
例して増加も減少もせずに、また等しくないままであれ
ば、共振の増加は存在せず、そのときは目標回転数のと
きの不釣合い測定値が、中間メモリ１０から表示器２１
へ送られる。

【００１９】これに対して、上述の比較計算の結果、参
考点に関して測定回転数が増大するとき、各軸受面の角
度が回転数の変化に比例して増加もしくは減少するか、
または等しいままであるときは、許容できない程度に高
い共振の増加が存在する。そのときは、比較計算回路１
１が検出信号を発生する。この検出信号が許容できない
程度に高い共振の増加の表示と、検出計算を行う誘因の
役目をする。表示は表示および入力ユニット４にある表
示器２２で音響的または視覚的に行われる。その結果、
この種の釣合い試験機の作業員が、選定した目標回転数
を低下させて、再び釣合い試験を行うことになる。

【００２０】また別の実施態様では、不釣合い測定時の
共振の増加の確認精度が向上するように、別の計算過程
によって、評価装置を構成することもできる。それには
、得た測定値を関数方程式の手段を借りて計算によって
検査する。その際得られた全ての不釣合い測定値が、関
数方程式で得られる値をほぼ含んでいることが確認され
ると、ほぼ確実に近い可能性で、許容できないほど大き
い共振の増加が存在することになる。

【００２１】したがって、評価装置には、得られた測定
値Ｍ１およびＭｓから次の関数方程式を用いて、２つの
未知数（ｕ・γ）ｉ　とωｏｉを計算する計算回路が別
についている。

【００２２】

【数１】

【００２３】ここに、Ｘ＝測定信号ｕ＝不釣合い質量 γ＝シャフト軸に対する不釣合い半径Ｃ＝ロータ支持台の剛性 ωｋ　＝そのときの測定回転数の角速度ωｏ　＝ロータ
と釣合い試験機の固有の角速度ｋ＝求めたすべての測定
値の数ｉ＝固有形態の数ただ１個だけの固有形態を考慮する際には２つの測定値
、２個の固有形態では４つの測定値、３個の固有形態の
場合には６つの測定値がそれぞれ存在すれば、未知数の
決定には十分である。測定値には常に誤差が伴うために
、必要最少数より多い測定値を用い、比較計算を行えば
精度の向上が実現できる。

【００２４】比較回路では関数方程式を用い、各測定用
回転数に対して、許容できない共振の増加が生成した場
合には、その結果生じるに違いない不釣合いの測定値を
算出する。したがって、評価装置が測定した差の値を、
対応する回転数の時の差の計算値と相互に比較して、十
分な一致が見られる時は、許容できない高い共振の増加
の存在が信号で出力されるように、評価装置を構成する
のが好ましい。不釣合い測定値の数が十分な場合には、
各固有形態に属している共振回転数が算出できて、その
最低値から最高の測定回転数が決定されるようにもでき
る。

【００２５】さらに、評価装置を、許容できる最高測定
回転を超過したときに自動的に信号を発生するように作
ることもできる。別の実施態様では、検出信号を駆動制
御用回路へ送り、その時この信号が目標回転数を一定量
だけ低下させるようにすることもできる。そのためには
釣合い試験機を短時間停止して、次に、より低い測定回
転数で測定を反復する。この低い目標の回転数で、さほ
ど大きな共振の増加が発生しなくなると、この目標回転
数のときの不釣合い測定を、最終の測定値とすべきであ
ろう。これに対して、重大な共振の増加がまだ存在する
ときは、共振の増加が無視できるようになるまで、この
過程を自動的に反復すればよい。

【００２６】この実施例では、検出信号を識別計算回路
１２へ送る。この識別計算回路１２では、どのような固
有形態、すなわち、まず第１にロータの可撓性、または
支持台の可撓性が許容できないほど高い共振の増加を招
いたのかどうかを決定する。その結果、作業員は、この
許容できない共振の増加がロータ自体で起きたのか、あ
るいはそのときの釣合い試験機の支持台のために発生し
たのかのヒントを得ることになる。そして、識別計算回
路１２に、実際上のロータ質量Ｇ、右側ロータ軸受から
ロータ重心までの間隔Ｓ（重心が軸受の右にあるときの
位置）および軸受間の間隔Ｌの値を入力する。これらの
値は評価装置７にも自動的に供給され、そのときロータ
質量は、軸受下部につけた動力系で測定できる。ロータ
の中心は軸受で測定した重量と、両軸受の間隔とから正
確に計算できる。さらに軸受間隔も電気的測定装置で測
定でき、固定した軸受間隔の場合には一定値を入力する
ことができる。

【００２７】識別計算回路１２内では、所定のロータお
よび機械のデータから、次の近似式を用いて等価質量Ｇ
Ｅ　を計算する。ＧＥ　＝Ｇ〔（１＋２・Ｓ／Ｌ）２　＋１〕別の計算段
階では、識別計算回路１２で機械の固有値ＧＥ　・ｎｓ
２　を計算する。この値を機械的に設定した値Ｇｎ２　
値と比較する。そのときＧｎ２　値が計算したＧＥ　・
ｎｓ２　値と等しいか、または大きいときは、この値を
表示器１２に表示する。これを見て釣合い試験機の作業
員は、許容できないほど高い共振の増加を、主に、無視
できないロータの撓みとして分類することができる。

【００２８】さらに識別計算回路１２によって、作業員
が目標の測定回転数を設定するに際して、そのときの釣
合い試験機の許容できるＧｎ２　値を超過しなかったか
どうかを、同時に検査することが可能になる。このとき
は、実際のロータ質量と、ロータ重心の軸受の１つから
の間隔と、軸受支持台の間隔とを予め与えておくか、ま
たは自動的に求めることができ、前述の近似式によって
、識別計算回路１２の等価質量ＧＥ　を計算することも
可能になる。これをさらに別の計算回路に入れて、最高
の許容できる目標回転数ｎｓが計算できる。これを比較
回路で所定の目標の回転数と比較し、これが超過すると
きは信号を発生するか、あるいは自動的に目標回転数を
計算回路が計算した最高の許容できる目標回転数まで減
少させることも可能である。

【００２９】

【発明の効果】この発明によれば、釣合い試験の過程で
、最高の許容回転数が自動的に検査できて、この測定回
転数を超過したときは、作業員に対処のためのヒントを
与えることができる。またこの発明によれば、所定の測
定用回転数の自動修正が可能になるようにした釣合い測
定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を表わす評価装置ならびに
表示および入力ユニットが付属した釣合い試験機のブロ
ック回路図である。

【符号の説明】

２　　　　駆動ユニット４　　　　入力および表示ユニット５　　　　公差設定用部材６　　　　回転数設定装置７　　　　評価装置８，９，１１，１２，２３　　　　電子回路手段２１　
　表示器２２　　信号装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】力測定形釣合い試験機を用いての釣合い試
験の過程で共振の増加を自動的に検出するための方法で
あって、少なくとも３つの測定速度に対して、不釣合い
を修正するロータの各軸受面ごとの不釣合い測定値を検
出し、評価装置において、不釣合い測定値に隣接する少
なくとも２つの速度に関連する差の値を生成し、もし、
隣接する相対的に高い測定速度の差の値が、隣接する相
対的に低い測定速度の差の値よりも比例的に大きい場合
には、共振の増加を決定することを特徴とする、共振の
増加を自動的に検出する方法。
【請求項２】最大の許容できる釣合い回転数である目標
測定回転数のときの軸受面ごとの不釣合い測定値と、こ
れらの測定回転数より低い別の２つの回転数のときの軸
受面ごとの不釣合い測定値とを測定することを特徴とす
る、請求項１記載の共振の増加を自動的に検出する方法
。
【請求項３】さらに、参考点に関して測定回転数が増大
するとき、各軸受面の角度が回転数の変化とともに減少
し、増大しまたは等しいままの場合には、共振の増加が
求められるように評価装置を構成することを特徴とする
、請求項１または２記載の共振の増加を自動的に検出す
る方法。
【請求項４】少なくとも２つの不釣合い測定値に基づく
測定回転数の関数として不釣合い値を決定するように評
価装置を構成することを特徴とする、請求項１、２また
は３に記載の共振の増加を自動的に検出する方法。
【請求項５】計算した不釣合い値から、その都度相当す
る回転数のときの差の値を計算し、この計算した差の値
を測定した差の値と比較し、この比較値が十分に一致す
るときは、許容できない共振の増加の存在を見つけるこ
とを特徴とする、請求項４に記載の共振の増加を自動的
に検出する方法。
【請求項６】目標回転数以下の任意の測定回転数のとき
に不釣合い測定値を求め、差の値をそのときの隣接する
相対的に高い測定回転数と軸受面ごとに比較することを
特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載の共振
の増加を自動的に検出する方法。
【請求項７】目標回転数のみを与え、これから評価装置
内で相対的に低い測定回転数を計算することを特徴とす
る、請求項１ないし６のいずれかに記載の共振の増加を
自動的に検出する方法。
【請求項８】共振の増加を見つけたとき、音響的または
視覚的信号を供給することを特徴とする、請求項１ない
し７のいずれかに記載の共振の増加を自動的に検出する
方法。
【請求項９】評価装置内で共振の増加を決定するにあた
り、まず公差比較を実施し、その際目標回転数のときの
不釣合い測定値の差を許容すべき比較不釣合い公差の一
定割合と比較し、この差の値が公差割合よりも大きいと
きに、信号を発生することを特徴とする、請求項１ない
し８のいずれかに記載の共振の増加を自動的に検出する
方法。
【請求項１０】共振の増加を見つけたときに、最低回転
数時の隣接する２つの不釣合いの測定値間の差が、許容
すべき不釣合い公差の一定割合よりも小さくなるまで、
測定用回転数を低下させることを特徴とする、請求項９
に記載の共振の増加を自動的に検出する方法。
【請求項１１】請求項１ないし１０のいずれかに記載の
共振の増加を自動的に検出する方法を実施するための装
置であって、軸受面ごとにそれぞれ設けられた測定値検
出器およびロータ同期の基準信号発生器を有する評価装
置と、回転数設定装置、公差設定用部材、信号装置およ
び表示器を有し、それらのすべては前記評価装置に接続
されている入力および表示ユニットと、不釣合い測定中
またはその後で、１以上の計算ステップを実行し、入力
および表示ユニットにおいて制御される表示器および／
または信号装置への出力信号を発生するための電子回路
手段と、を含むことを特徴とする装置。