DE2847643A1 - Main rotor inertia to rotation axis misalignment measurement - using vector addition of weighted static and dynamic imbalances and with weight adjusted electrically, hydraulically or pneumatically - Google Patents
Main rotor inertia to rotation axis misalignment measurement - using vector addition of weighted static and dynamic imbalances and with weight adjusted electrically, hydraulically or pneumaticallyInfo
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Abstract
Description
Verfahren zur Ermittlung der Verlagerung der HauptträgheitsachseProcedure for determining the displacement of the main axis of inertia
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. of a rotor to the axis of rotation The invention relates to a method to determine the displacement of the main axis of inertia of a rotor, in particular a crankshaft, to the axis of rotation, in which the rotor can oscillate in two planes is stored and the deflections or bearing reaction forces by means of transducers measured and forwarded to a measuring electronics.
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.Knowing the actual displacement of the central principal axis of inertia opposite the axis of rotation is of particular interest in the casting process or slender rotors manufactured using the forging process, which after finishing Have unbalance quantity and position tendencies, which on the one hand are unwanted and on the other hand, exceed the balancing possibilities on a balancing machine. E.g.
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.allows the pin misalignment to be recorded statistically for crankshafts seen an intervention in machining tools before the balancing process, in order to reduce the processing on the balancing machine to the maximum required Limit minimum.
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.On the other hand, based on the determined shift of the central Main axis of inertia with respect to the axis of rotation is a downstream of the measuring machine Centering machine, which provides the test specimen with centering bores, so that it is dynamically balanced. The centering machine can also be used directly be connected to the measuring machine, so that a transport from the measuring machine to Centering machine is not required. So far, however, it has not been possible to get the actual Displacement figures opposite the main axis of inertia the axis of rotation to determine or measure.
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.The object of the invention is therefore to propose a method that a determination of the displacement of the main axis of inertia to the axis of rotation on a or at any number of points along the rotor axis.
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.According to the invention, this is achieved in that the measured values determined divided into static unbalance component and force pair unbalance component with different adjustable sensitivities amplified subsequently merged again vectorially and then forwarded to display devices.
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.The vectorial addition is advantageously carried out with respect to predefined planes along the axis of rotation. In a further advantageous way the deflections or bearing reaction forces at the outermost pin ends of the Rotor measured.
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.The device according to the invention for carrying out this method has in particular rigidly interconnected bearings, with connecting rods can be used, on which calibration weights are still arranged can.
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.In an advantageous circuit arrangement, the transducers an adder and a subtractor connected downstream and the outputs of the adder and the differentiator connected to amplifiers that differentiate the output signals amplify and which summers are connected downstream, in which the signals again added vectorially and forwarded to display devices.
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.The invention is based on the consideration that a static Unbalance U in a body of revolution causes a displacement of the main axis of inertia around the Amount e causes the magnitude of 5 of the unbalance U and the mass M of the body of revolution is dependent.
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.es = U = mu. r (1) M M 5 M M The displacement of the main axis of inertia to the axis of rotation is parallel, so that over the entire length of the rotational body / the same Distance it exists.
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.It is also assumed that a couple of forces imbalance in one Solid of revolution only causes a rotation of the main axis of inertia around the axis of rotation, where the two axes intersect at the center of gravity S.
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.The size of the inclination in flat movements depends on the unbalance moment M, the difference in the moments of inertia with respect to the x and y axes of the rotating body Sx and Oy and the deflection eD also depend on the length t.
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. Mu. # eD ~ ----- (2) Oy - Ox When measuring the displacement on a corresponding device, the deflection in a purely static Imbalance caused by the machine parts that are coupled to the rotor, such as z. B.
den Schwingern M1, entsprechend reduziert, so daß die Gleichung 1 in die Gleichung 3 übergeht.the oscillators M1, reduced accordingly, so that equation 1 merges into equation 3.
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. must r es = M + 2 M1 (3) M + 2 M1 In the case of a pure force pair imbalance is the deflection of the bearing journals due to a perpendicular to the rotor axis of rotation standing axis y related mass moments of inertia (3 M of the accompanying bearing components is reduced so that Equation 2 merges into Equation 4.
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. M ./ eD u 2 (4) Gy - Ox + OMy The difficulties that so far occurred when determining the actual displacement figures mainly on the different influencing of the static and dynamic Imbalance on the deflection of rotation bodies, so that a determination of the displacement is not possible by means of the known measuring devices.
Die Erfindung wird nun anhand eines Blockschaltbildes gemäß Fig. 1 näher erläutert, wobei eine symmetrische Anordnung der Lager und des Rotors vorausgesetzt wird.The invention will now be explained with the aid of a block diagram according to FIG explained in more detail, assuming a symmetrical arrangement of the bearings and the rotor will.
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.A rotor 1 is in the bearings 2 and 3 of a not shown Unbalance measuring machine stored, the bearings 2 and 3 by means of appropriate means, z. B. connecting rods 15 and 16 can be rigidly connected to each other. In particular transducers 4 and 5 can be hinged to bearings 2 and 3. As a transducer can Distance, speed, acceleration or force transducers for Application. The outputs of the transducers 4 and 5 are with a totalizer 6 and connected in parallel to a difference generator 7. The output signal of the adder 6 is a controllable amplifier 8 and the output signal of the difference calculator 7 two adjustable amplifiers 9 and 17 connected in parallel. The investigation the gain of amplifiers 8, 9 and 17 will be described later. The outputs of the amplifiers 8 and 9 are connected to a summer 10 for one level and the amplifier 8 and the output of the amplifier 17 via an inverter 12 connected to the second summer 11 for the other level. The summers 10 and 11 carry out the vectorial addition of the measured values and forwards them to display devices 13 and 14 continue. This description refers to the filters still to be provided not detailed, as these are generally state of the art. The filters can z. B. after the transducers 4 and 5 but also only after the adders 10 and 11 are provided. Furthermore, a phase channel is necessary in order to achieve the angular Assignment of the deflections and the vectorial addition of the measured values to be able to.
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.As already mentioned, before the actual measurement, the gain factors the amplifiers 8, 9 and 17 are determined, the calibration being mechanical or can be done electronically.
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.With the electronic calibration, a fully balanced one is first used Rotor provided exactly with a static unbalance of known size and that from the known equation 1 determined eccentricity with the help of the static calibration potentiometer 8 brought to the display. A force couple imbalance of known size is shown below used and the display according to the known equation 2 determined bearing pin misalignment on the amplifiers 9 and 17 calibrated.
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.Should the display be in symmetrical planes along the axis of rotation are displayed, the gain factors of amplifiers 9 and 17 are the same, so that only one amplifier would be necessary for this case.
Um die Berechnung der Auslenkung zu vereinfachen, können an der Meßeinrichtung Eins teller für die Größen gemäß den Gleichungen 1 und 2 vorgesehen sein.To simplify the calculation of the deflection, the measuring device A plate for the sizes according to equations 1 and 2 can be provided.
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.The calibration when there is a force pair imbalance is also with Possible with the help of a mechanical device. Here, too, there is an imbalance of forces known size used in the rotor and the associated disengagement of the Main axis of inertia compared to the rotor axis, as already described, calculated. By moving at least a second weight length of the rotor axis, the 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.can be arranged on the connecting rods 15 or 16, will the mass moment of inertia OM changes until the display shows y the calculated Value matches. Since the weights are symmetrical to the plane of the center of gravity, the shift has no influence on the display of the center of gravity eccentricity. The weights can be controlled by an electric motor or hydraulic or automatically adjusted pneumatically.
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.The determination of the displacement of the main axis of inertia to the axis of rotation can thus take place at one or more arbitrary points along the rotor axis, in particular, the displacement at the pin ends is of interest to subsequently to control a centering machine with the determined measured values.
Claims (13)
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Cited By (3)
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1978
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