DE2847643A1

DE2847643A1 - Verfahren zur ermittlung der verlagerung der haupttraegheitsachse eines rotors zur rotationsachse

Info

Publication number: DE2847643A1
Application number: DE19782847643
Authority: DE
Inventors: Klaus-Peter Dipl Ing Ohms
Original assignee: Gebr Hofmann GmbH and Co KG Maschinenfabrik
Current assignee: Gebr Hofmann GmbH and Co KG Maschinenfabrik
Priority date: 1978-11-02
Filing date: 1978-11-02
Publication date: 1980-05-14

Description

Verfahren zur Ermittlung der Verlagerung der Hauptträgheitsachse
eines Rotors zur Rotationsachse Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Verlagerung der Hauptträgheitsachse eines Rotors, insbesondere einer Kurbelwelle, zur Rotationsachse, bei dem der Rotor in zwei Ebenen schwingfähig gelagert ist und die Auslenkungen oder Lagerreaktionskräfte mittels Meßwertaufnehmern gemessen und einer Meßelektronik weitergeleitet werden.
Die Kenntnis der tatsächlichen Vdrlagerung der zentralen Hauptträgheitsachse gegenüber der Rotationsachse ist insbesondere von Interesse bei im Gießverfahren bzw. im Schmiedeverfahren hergestellten schlanken Rotoren, die nach Fertigbearbeitung Unwuchtmengen- und Positionstendenzen aufweisen, die zum einen ungewollt sind und zum anderen die Auswuchtmöglichkeiten auf einer Auswuchtmaschine überschreiten. Z.B.
ermöglicht die Erfassung der Zapfenentmittung bei Kurbelwellen statistisch gesehen einen Eingriff bei vor dem Auswuchtvorgang liegenden Bearbeitungswerkzeugen, um dadurch die Bearbeitung auf der Auswuchtmaschine auf ein maximal erforderliches Minimum zu beschränken.
Zum anderen kann anhand der ermittelten Verlagerung der zentralen Hauptträgheitsachse gegenüber der Rotationsachse eine der Meßmaschine nachgeschaltete Zentriermaschine gesteuert werden, die den Prüfkörper mit Zentrierbohrungen versieht, so daß dieser dynamisch ausgeglichen ist. Die Zentriermaschine kann aber auch direkt mit der Meßmaschine verbunden sein, so daß ein Transport von der Meßmaschine zur Zentriermaschine entfällt. Bisher war es jedoch nicht möglich, die tatsächlichen Verlagerungswerte der Hauptträgheits achse gegenüber der Rotationsachse zu ermitteln bzw. zu messen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren vorzuschlagen, das eine Ermittlung der Verlagerung der Hauptträgheitsachse zur Rotationsachse an einem oder an mehreren beliebigen Punkten längs der Rotorachse zuläßt.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die ermittelten Meßwerte aufgeteilt in statischen Unwuchtanteil und Kräftepaarunwuchtanteil mit unterschiedlichen einstellbaren Empfindlichkeiten verstärkt nachfolgend vektoriell wieder zusammengeführt und anschließend an Anzeigegeräte weitergeleitet werden.
In vorteilhafter Weise erfolgt die vektorielle Addition bezüglich vorher festgelegter Ebenen längs der Rotationsachse. In weiterer vorteilhafter Weise werden die Auslenkungen oder Lagerreaktionskräfte an den äußersten Zapfenenden des Rotors gemessen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens weist insbesondere starr miteinander verbundene Lager auf, wobei Verbindungsstangen zur Anwendung kommen können, auf denen weiterhin Kalibriergewichte angeordnet sein können.
Bei einer vorteilhaften Schaltungsanordnung ist den Meßwertaufnehmern ein Summierer und ein Differenzbildner nachgeschaltet und die Ausgänge des Summierers und des Differenzbildners mit Verstärkern verbunden, die die Ausgangssignale unterschiedlich verstärken und denen Summierer nachgeschaltet sind, in denen die Signale wieder vektoriell addiert und an Anzeigegeräte weitergeleitet werden.
Bei der Erfindung wird von der Überlegung ausgegangen, daß eine statische Unwucht U in einem Rotationskörper eine Verlagerung der Hauptträgheitsachse um den Betrag e hervorruft, deren Größe von 5 der Unwucht U und der Masse M des Rotationskörpers abhängig ist.
es = U = mu . r (1) M M 5 M M Die Verlagerung der Hauptträgheitsachse zur Drehachse ist parallel, so daß Über die gesamte Rotationskörperlänge / der gleiche Abstand es vorhanden ist.
Ferner wird davon ausgsgangen, daß eine Kräftepaarunwucht in einem Rotationskörper nur eine Drehung der Hauptträgheitsachse um die Drehachse hervorruft, wobei sich die beiden Achsen im Schwerpunkt S schneiden.
Die Größe der Neigung bei ebenen B ewegungen hängt von dem Unwuchtmoment M, der Differenz der Trägheitsmomente bezüglich der x- und y-Achse des Rotationskörpers Sx und Oy und die Auslenkung eD zusätzlich noch von der Länge t ab.
Mu . # eD ~ ----- (2) Oy - Ox Bei der Messung der Verlagerung auf einer entsprechenden Einrichtung wird die Auslenkung bei einer reinen statischen Unwucht durch die an den Rotor angekoppelten mitschwingenden Maschinenteile, wie z. B.
den Schwingern M1, entsprechend reduziert, so daß die Gleichung 1 in die Gleichung 3 übergeht.
mu . r es = M + 2 M1 (3) M + 2 M1 Bei einer reinen Kräftepaarunwucht wird die Auslenkung der Lagerzapfen durch die auf eine senkrecht zur Rotordrehachse stehende Achse y bezogene Massenträgheitsmomente (3 M der mitschwingenden Lageranteile reduziert, so daß die Gleichung 2 in die Gleichung 4 übergeht.
M ./ eD u 2 (4) Gy - Ox + OMy Die Schwierigkeiten, welche bisher bei der Ermittlung der tatsächlichen Verlagerungswerte aufgetreten sind, beruhen hauptsächlich auf der unterschiedlichen Beeinflussung der statischen und dynamischen Unwucht auf die Auslenkung von Rotationskörpern, so daß eine Ermittlung der Verlagerung mittels der bekannten Meßeinrichtungen nicht möglich ist.
Die Erfindung wird nun anhand eines Blockschaltbildes gemäß Fig. 1 näher erläutert, wobei eine symmetrische Anordnung der Lager und des Rotors vorausgesetzt wird.
Ein Rotor 1 ist in den Lagern 2 und 3 einer nicht näher dargestellten Unwuchtmeßmaschine eingelagert, wobei die Lager 2 und 3 mittels entsprechender Mittel, z. B. Verbindungsstangen 15 und 16 starr miteinander verbunden sein können. Insbesondere an den Lagern 2 und 3 können Meßwertaufnehmer 4 und 5 angelenkt sein. Als Meßwertaufnehmer können Weg-, Geschwindigkeits-, Beschleunigungs- oder aber auch Kraftmeßwertaufnehmer zur Anwendung kommen. Die Ausgänge der Meßwertaufnehmer 4 und 5 sind mit einem Summierer 6 und parallel hierzu mit einem Differenzbildner 7 verbunden. Das Ausgangssignal des Summierers 6 wird einem regelbaren Verstärker 8 und das Ausgangssignal des Differenzbildners 7 zwei parallel geschalteten regelbaren Verstärkern 9 und 17 eingegeben. Die Ermittlung des Verstärkungsfaktors der Verstärker 8, 9 und 17 wird weiter hinten beschrieben. Die Ausgänge der Verstärker 8 und 9 sind mit einem Summierer 10 für die eine Ebene und der Verstärker 8 und der Ausgang des Verstärkers 17 über einen Invertierer 12 mit dem zweiten Summierer 11 für die andere Ebene verbunden. Die Summierer 10 und 11 führen die vektorielle Addition der Meßwerte durch und leitet diese an Anzeigegeräte 13 und 14 weiter. Auf die weiterhin noch vorzusehenden Filter wird in dieser Beschreibung nicht näher eingegangen, da diese allgemein Stand der Technik sind. Die Filter können z. B. nach den Meßwertaufnehmern 4 und 5 aber auch erst nach den Addierern 10 und 11 vorgesehen werden. Des weiteren ist noch ein Phasenkanal notwendig, um die winkelmäßige Zuordnung der Auslenkungen und die vektorielle Addition der Meßwerte durchführen zu können.
Vor der eigentlichen Messung müssen, wie bereits erwähnt, die Verstärkungsfaktoren der Verstärker 8, 9 und 17 ermittelt werden, wobei die Kalibrierung mechanisch oder elektronisch erfolgen kann.
Bei der elektronischen Kalibrierung wird zunächst ein vollkommen ausgewuchteter Rotor exakt mit einer statischen Unwucht bekannter Größe versehen und die aus der bekannten Gleichung 1 ermittelte Exzentrizität mit Hilfe des statischen Kalibrierpotentiometers 8 zur Anzeige gebracht. Nachfolgend wird eine Kräftepaarunwucht bekannter Größe eingesetzt und die Anzeige gemäß der nach der bekannten Gleichung 2 ermittelte Lagerzapfenentmittung an den Verstärkern 9 und 17 kalibriert.
Soll die Anzeige in symmetrischen Ebenen längs der Rotationsachse angezeigt werden, sind die Verstärkungsfaktoren der Verstärker 9 und 17 gleich, so daß für diesen Fall nur ein Verstärker notwendig wäre.
Um die Berechnung der Auslenkung zu vereinfachen, können an der Meßeinrichtung Eins teller für die Größen gemäß den Gleichungen 1 und 2 vorgesehen sein.
Die Kalibrierung beim Vorliegen einer Kräftepaarunwucht ist auch mit Hilfe einer mechanischen Einrichtung möglich. Hierbei wird ebenfalls eine Kräftepaarunwucht bekannter Größe in den Rotor eingesetzt und die hierzu gehörende Entmittung der Hauptträgheitsachse gegenüber der Rotorachse,wie bereits vorher beschrieben, ausgerechnet. Durch Verschieben mindestens zweiter Gewichte länge der Rotorachse, die z. B.
auf den Verbindungsstangen 15 oder 16 angeordnet sein können, wird das Massenträgheitsmoment OM so lange verändert, bis die Anzeige mit y dem errechneten Wert übereinstimmt. Da die Gewichte sich symmetrisch zu der Schwerpunktsebene befinden, hat die Verschiebung keinen Einfluß auf die Anzeige der Schwerpunktsexzentrizität. Die Gewichte können mittels einer entsprechenden Steuerung elektromotorisch, hydraulisch oder pneumatisch automatisch eingestellt werden.
Die Ermittlung der Verlagerung der Hauptträgheitsachse zur Rotationsachse kann somit an einem oder an mehreren beliebigen Punkten längs der Rotorachse erfolgen, wobei insbesondere die Verlagerung an den Zapfenenden von Interesse ist, um anschließend mit den ermittelten Meßwerten eine Zentriermaschine zu steuern.

Claims

Verfahren zur Ermittlung der Verlagerung der Hauptträgheitsachse eines Rotors zur Rotationsachse Patentans pr üche: Verfahren zur Ermittlung der Verlagerung der Hauptträgheitsachse eines Rotors, insbesondere einer Kurbelwelle, zur Rotationsachse, bei dem der Rotor in zwei Ebenen schwingfähig gelagert ist und die Auslenkungen oder Lagerreaktionskrafte mittels Meßwertaufnehmern gemessen und einer Meßelektronik weitergeleitet werden, d ad u r c h g e k e n n -ze ic hn e t, daß die zur Ermittlung der tatsächlichen Verlagerungswerte vektoriell ermittelten Meßwerte, aufgeteilt in statischen Unwuchtanteil und Kräftepaarunwuchtanteil, mit unterschiedlichen, einstellbaren Empfindlichkeiten verstärkt, nachfolgend vektoriell wieder zusammengeführt und anschließend an Anzeigegeräten weitergeleitet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vektorielle Addition bezüglich vorher festgelegten Ebenen längs der Rotorachse erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kenn ze ic hn et, daß die Auslenkungen oder Lagerreaktionskräfte an den äußersten Rotorenden gemessen werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ermittlung der Verlagerung der Hauptträgheitsachse einer Kurbelwelle die Auslenkungen oder Lagerreaktionskräfte an den äußersten Zapfenenden gemessen werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn -zeichnet, daß zur Ermittlung der einstellbaren Empfindlichkeiten für die Verstärkung der Meßwerte des statischen Unwuchtanteils ein ausgewuchteter Rotor mit einer statischen Unwucht bekannter Größe versehen und eine Kalibrierung des Verstärkers durchgeführt wird und daß zur Ermittlung der einstellbaren Empfindlichkeiten für die Verstärkung der Meßwerte des Kräftepaarunwuchtanteils am ausgewuchteten Rotor eine Krsiftepaarunwucht mit bekannter Größe eingesetzt und eine Kalibrierung der Verstärker durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die Anzeige in symmetrischen Ebenen längs der Rotorachse nur ein Verstärker zur Verstärkung der vektoriell ermittelten Meßwerte des Kräftepaarunwuchtanteils verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der einstellbaren Empfindlichkeit für die Verstärkung der Meßwerte des Kräftepaarunwuchtanteils mit Hilfe von Gewichten, die parallel zur Rotorachse verschoben werden, eine mechanische Kalibrierung am Meßrahmen durchgeführt wird.
8. Meßanordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüchelbis7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager '(2, 3) der Meßeinrichtung starr miteinander verbunden sind.
9. Meßanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager durch Verbindungsstangen (15, 16) starr miteinander verbunden sind.
10. Meßanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß verschiebbare Gewichte auf den Verbindungsstangen (15, 16) angeordnet sind.
11. Meßanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekenn ze ic hn et, daß die Gewichte elektromotorisch, hydraulisch oder pneumatisch verschiebbar sind.
12. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, d adurc h gekenn ze ic hn et, daß den Meßwertaufnehmern (4, 5) ein Summierer (6) und ein Differenzbildner (7) nachgeschaltet ist und die Ausgänge des Summierers (6) und des Differenzbildners (7) mit Verstärkern (8, 9, 17) verbunden sind, die die Ausgangssignale unterschiedlich verstärken und daß nachfolgend Summierer (10, 11) vorgesehen sind, in denen die Signale wieder vektoriell addiert werden und denen Anzeigegeräte (13, 14) nachgeschaltet sind.
13. Meßanordnung nach Anspruch 12, d adu rc h g e kenn ze ic hn et, daß dem Differenzbildner (7) zwei regelbare Verstärker (9, 17) und dem einen Verstärker (17) ein Invertierer (12) nachgeschaltet ist, wobei der eine Verstärker (9) mit dem Summierer (10) der einen Ebene und der zweite Verstärker (17) mit dem Summierer (11) der anderen Ebene verbunden ist.