測量曲軸參數的裝置的製作方法

2023-05-15 00:39:16 1

專利名稱：測量曲軸參數的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及測量曲軸參數的裝置和對應的方法。特別是，本發明涉及一種測量儀，可利用該測量儀精確測量曲軸曲拐上的所謂曲柄臂撓曲(也被稱為曲臂橫向變形或曲軸拐擋差)。
背景技術：
眾所周知，發動機、壓縮機等的曲軸在工作中遇到一定應力，有時遇到高的應力。因此，使已經在靜態下施加於曲軸上的附加機械應力達到最小值是重要的。
對此，早已存在重要但困難的檢測程序，用於在發動機且尤其是船用柴油機的大致準備就緒的曲軸的儘量最大的轉角範圍內測量隨曲軸轉角而定的曲柄臂撓曲。這種檢測最好在曲軸和軸承的溫度對應於工作溫度或接近工作溫度時進行。
在發明人為芬恩和維爾德的專利文獻US4,473,950中，描述了一種時興的用於確定曲軸上的曲柄臂撓曲的測量儀。在該文獻中，也批評地提到了更早的或者說更簡單的現有技術，即為了解決上述測量問題提出了機械式指針測量表。根據US4,473,950，提出了一種呈差動變換器形式的機電測量互感器，用於確定隨曲軸轉角而定的曲柄臂撓曲。還提出了一個安置在差動變換器附近的、基於電位計的角度測量儀。用於使電位計工作的微弱作用扭矩、其摩擦力矩以及由測量互感器的連接電纜帶來的幹擾會使這種角度測量看來不實用。與此相應地，US4,473,950的專利權人當時也僅僅將這樣一個實施例投入市場，在該實施例中規定一個單獨的、要外裝在待測的發動機或發動機曲軸上的角度編碼器。

發明內容
本發明的任務是，不僅排除US4,473,950所述的機械式測量儀表的明顯缺點，而且減少這篇專利文獻所述裝置的缺點。
對此，本發明一方面建議了一種完全非接觸工作的測量系統，用於掌握曲軸上的曲柄臂撓曲，另一方面為了測量曲軸旋轉位置，採用一個或多個非接觸工作的且被整合到該測量系統中的電子傾斜傳感器(傾斜儀)，而且此外為了完成所提出的任務，採用擬用於其它測量目的的測量儀器，由此將完成上述任務而需要付出的研發工作的成本限制到實際不起決定作用的最低程度。
如此完成所提出的任務，即現在提供一種光電測量儀，以代替常用於確定隨曲軸轉角而定的曲軸曲柄臂撓曲的測量裝置，這種光電測量儀常被用於確定發動機、泵等的軸的對中，尤其是採用這樣的實施例，在該實施例中裝有非接觸工作的傾斜儀，作為角度測量機構。作為這樣的光電測量儀的例子，可列舉出普樂福尼克股份公司的產品「ROTALIGN」和「OPTALIGN Plus。」特別有利的是規定這樣一個測量儀的實施例，在這裡，光發射件和光接收件設置在唯一一個外殼中，就像在上述產品中那樣。在這種情況下，能以出奇簡單的方式求出隨轉角而定的曲柄臂撓曲，其做法是在一個曲軸曲拐內將光發射件和光接收件固定在一個曲柄臂上，而在對置的曲柄臂上只需固定平面鏡。代替光學稜鏡使用平面鏡的理由是，為了完成所提出的測量任務，其實只需要確定曲柄臂法線的彼此相對角位，而不是還非要確定隨曲軸旋轉位置(狀態)而定的、兩個曲柄臂(繞曲軸軸線測量)的扭轉角度。要注意的是，上述產品「ROTALIGN」和「OPTALIGN Plus」也能夠解決附加提出的測量任務，只要應需要這樣做。


圖1表示本發明的一個被視為優選的實施例。
具體實施例方式
安置在發動機(未示出)且優選是船用柴油機中的曲軸10由軸頸12、連杆軸頸(曲柄銷)20、22以及曲柄臂(曲臂)30、32、34和36組成，為了測量，曲軸10在第一曲拐上在曲柄臂32上臨時配備有平面鏡130。對此，例如可以設置磁力式保持機構(未示出)。在對置的曲柄臂30上，利用適當的且優選也是磁力式的保持機構安置測量系統100，就像用於軸對中的測量系統，例如OPTALIGN Plus測量系統或者ROTALIGN測量系統。這樣的測量系統100已經包括電子的傾斜儀104，用於正確掌握測量系統的與一個旋轉軸線相關的旋轉位置，所述旋轉軸線基本上平行於光線110。光線110優選以雷射的形式由測量系統100提供。光線以幾乎直角的入射角照射到平面鏡130上，被該平面鏡反射，到達測量系統100並在測量系統處被記錄下來。於是，在知道了曲柄臂30和曲柄臂32之間的淨寬(淨間距)的情況下，該測量系統計算出其主軸線(在雷射方向上)和平面鏡130的平面法線之間的角度差，就像在其早先的應用領域中也要做的那樣。當安裝在發動機中的曲軸10繞其軸線旋轉時，不僅可以測量曲軸旋轉位置，也可以測量曲拐上的曲柄臂撓曲。為此，測量系統100例如通過連接電纜102與適當的分析處理裝置如計算機相連。但是，測量系統100優選以無線方式利用紅外數據傳輸裝置或射頻數據傳輸裝置如所謂的藍牙裝置與這樣的分析處理裝置相連。根據本發明，在至少三個且最好是多於十個的曲軸旋轉位置上進行測量，這是有利的。此外，根據本發明，上述旋轉位置的選擇從現在起幾乎是任意的，但應該掃過一個約30度的扇形區，以便獲得足夠精確的測量結果。測量結果的進一步分析處理可以按照已知的現有技術來完成。尤其是可以按照已知的誤差比較計算方法進行取決於曲軸轉角的撓曲測量值的調整。就是說，對於所謂的「掃描」測量，可以按照最小平方和方法通過所謂的「最小平方適配」達到特別有利的測量結果精確化。這例如在圖2中示出了。為了利用本發明的裝置和本發明的方法來掌握測量值，應利用設置在發動機上的控制開口(曲軸箱閥)，或者取掉發動機的至少一個相應的底盤，這是有利的。另外，顯然在測量了第一曲軸曲拐上的曲柄臂撓曲之後，可以馬上開始第二曲軸曲拐或其它曲軸曲拐上的曲柄臂撓曲的測量。因此，與迄今已知的測量方法和測量系統相比，明顯縮短了用於完成所提出的測量任務的工作時間。此外，在很大程度上減小了致力於這樣測量的工人的事故危險，這是因為不再需要停留在有危險的曲軸附近。另外，測量結果的精度同時從約20％的相對測量誤差被提高到約5％或者更高。就是說，由於這些優點，所以能以最低的額外支出成本但比迄今出於經濟考慮而被認為是合理或可行的頻率更頻繁地進行船用發動機或大型壓縮機中的曲軸的精確控制。就是說，本發明的經濟優勢是一目了然的。在船用發動機的情況下，可以在靠港時快速採用所介紹的曲柄臂撓曲測量，因而可以頻繁地進行這種測量。測量結果的記錄在冊可以比目前具有更大的說服力。這最終導致了在大海上的船舶及其船員的安全性的提高。
所示的測量裝置應被視為是一個例子，因為按照本發明也能以直接等同的方式採用用於軸對中的其它的常見測量系統，即使在這樣的情況下或許需要用另一個測量系統100′(未示出)來取代鏡130。
以下的情況是等同的，但也具有特別的技術優勢，即用反射稜鏡代替鏡130，該反射稜鏡具有相互垂直的直角面(直角稜鏡)。就是說，利用這種測量裝置，實際上無需額外成本就能檢查屬於各曲柄臂的曲軸部是否彼此相對具有水平錯位或者垂直錯位，或者是否彼此相對具有水平錯位和垂直錯位。這是迄今為止要麼根本做不到的，要麼由於實際原因而無法在安裝好的船用發動機中實行。
就是說，最後提到的系統是這樣的裝置，它也用於測量分別同兩個曲柄臂相連的曲軸部的平行差值，與此相應地，該系統具有例如光電機構100，用於測量曲軸曲拐20、22上或者曲柄臂30、32；34、36上的角度差值和/或平行差值。在這裡，光電機構100(等同100′)在每次測量時測量隨待測曲軸10的旋轉位置(phi)而定的至少三個測量值，並且優選以電子方式計算出該旋轉位置。
就此而言，本領域技術人員將能夠提供其它等同的測量系統，這些等同的測量系統能以非接觸的方式執行曲軸曲柄臂上的距離測量和/或角度測量，而且允許在發動機殼體內的曲軸旋轉位置的非接觸測量，例如通過用基於MEMS的電子迴轉儀來代替或者補充電子傾斜儀。同樣，本領域技術人員可以有利地規定，該測量裝置還適於確定待測曲軸的溫度或相應發動機的溫度。如上所述，建議用無線傳輸代替將按照本發明測得的測量數據傳給上級計算機的連線傳輸。這樣的無線傳輸可以用紅外線或者用射頻波或高頻波(GHz級)來進行，例如利用所謂的「藍牙接口」。
權利要求
1.一種測量曲軸參數的裝置，尤其用於測量曲軸上的所謂曲柄臂撓曲，其特徵在於，所述裝置包括光電機構(100，100′)和/或反射機構(130)，用於測量隨待測曲軸(10)的旋轉位置(phi)而定的、在曲軸曲拐或曲軸曲柄臂(20，30，32；22，34，36)上的曲柄臂法線的彼此相對位置。
2.一種測量曲軸參數的裝置，尤其用於測量分別與兩個曲柄臂相連的曲軸軸頸(12)的平行差值，所述裝置包括光電機構(100，100′)和/或反射機構(130)，用於測量在曲軸曲拐或曲軸曲柄臂(20，30，32；22，34，36)上的角度差值和/或平行差值，其中所述光電機構(100′，100)或是以成對組合的方式，或是以與所述反射機構(130)和電子的角度傳感器(104)或傾斜儀組合的方式，測量隨待測曲軸(10)的旋轉位置(phi)而定的至少三個測量值。
3.根據權利要求1或2所述的裝置，其特徵在於，所述光電機構(100′，100)由常用於機器軸彼此相對對中的測量系統的發射機構和/或接收機構組成。
4.根據權利要求3所述的裝置，其特徵在於，除了所述發射機構/接收機構(100)外，還設有平面鏡(130)或者反射稜鏡，其中所述發射機構/接收機構固定在第一曲柄臂(30)上，所述平面鏡或所述反射稜鏡固定在與第一曲柄臂(30)相對的第二曲柄臂(32)上，從而能確定隨所述曲軸的旋轉位置而定的、所述光電機構的法線和所述平面鏡或所述反射稜鏡的法線的相對位移。
5.根據權利要求1或2所述的裝置，其特徵在於，所述光電機構(100′，100)由常用於機器軸彼此相對對中的測量系統的第一和第二發射機構/接收機構的組件構成，其中所述第一發射機構/接收機構固定在第一曲柄臂(30)上，所述第二發射機構/接收機構固定在與第一曲柄臂(30)相對的第二曲柄臂(32)上，從而能確定隨所述曲軸的旋轉位置而定的、兩個光電機構法線的相對位移。
6.根據以上權利要求之一所述的裝置，其特徵在於，所述裝置包括至少一個電子的微型傾斜儀(104)或者微型迴轉儀，用於確定待測曲軸(10)的旋轉位置(phi)，或者所述裝置包括溫度測量儀，用於近似確定這樣的曲軸的溫度。
7.根據以上權利要求之一所述的裝置，其特徵在於，所述裝置適於連接在呈計算機形式的上級分析處理裝置上，尤其是連接在可攜式計算機上。
8.根據以上權利要求之一所述的裝置，其特徵在於，所述裝置用於掌握船用柴油機或者壓縮機上的參數。
全文摘要
在曲軸曲拐上，藉助光電的發射機構/接收機構並結合傾斜儀進行機械曲軸參數的測量，尤其是曲軸軸頸的平行差值和曲柄臂撓曲或曲軸撓曲的測量。第一發射機構/接收機構(100)固定在第一曲柄臂(30)上，反射機構(130)或者第二發射機構/接收機構(100′)固定在與第一曲柄臂(30)相對的第二曲柄臂(32)上。由此，一方面定量確定曲軸軸頸的微小的相對平行差值，另一方面，也確定隨曲軸旋轉位置而定的、兩個光電機構或對應曲柄臂的法線的相對角度位移。因而可以確定曲柄臂撓曲。在曲軸的至少三個位置上進行測量，在此利用上述傾斜儀測定各曲軸旋轉位置。所述裝置特別適用於船用柴油機或大型壓縮機上的測量。
文檔編號G01B11/27GK101061368SQ200680001180
公開日2007年10月24日 申請日期2006年4月20日 優先權日2005年4月20日
發明者H-M比厄裡格 申請人:普樂福尼克·迪特·布希股份公司