DE2950307A1 - Load machine torque measurement - using eccentric swing bearings either side of machine rotation axis and force transducer - Google Patents
Load machine torque measurement - using eccentric swing bearings either side of machine rotation axis and force transducerInfo
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Abstract
Description
Außerzentrische Pendellagerung für DrehmomentmessungenEccentric self-aligning bearings for torque measurements
Die Erfindung betrifft eine Anordnung einer außerzentrischen Pendellagerung für Drehmomentmessungen mit Belastungsma schine.The invention relates to an arrangement of an eccentric self-aligning bearing for torque measurements with a load machine.
Ein wesentliches Merkmal von Belastungsmaschinen bzw.An essential feature of loading machines or
Motoren besteht darin, daß sie das Drehmoment der rotierenden Antriebswelle auf das Maschinengehäuse (Belastungsmaschine) bzw. vom Maschinengehäuse auf die rotierende Antriebswelle übertragen (Antriebsmotor). Soll das Drehmoment einer Belastungsmaschine bzw. eines Motors gemessen werden, so kann das entweder mit Hilfe einer Drehmomentmeßzelle oder durch die Messung des Reaktionsmomentes, mit dem sich das Maschinengehäuse gegenüber dem Fundament abstiitzt, erfolgen.Motors consists in that they generate the torque of the rotating drive shaft onto the machine housing (loading machine) or from the machine housing to the transmit rotating drive shaft (drive motor). Is the torque of a load machine or a motor can be measured either with the help of a torque measuring cell or by measuring the reaction torque with which the machine housing moves supported against the foundation.
Zur Messung des Reaktionsmomentes ist eine Anordnung bekannt geworden, bei der das Maschinengehäuse zentrisch zur An- bzw. Abtriebswelle gelagert ist und sich über eine Kraftmeßeinrichtung (Waage oder Kraftmeßdose) gegenüber dem Maschinenfundament abstützt. Für die Lagerung des Maschinengehäuses werden leichtgängige Pendellager verwendet, die die An- bzw. Abtriebswelle umgreifen. Sie können sowohl als Kugellager, Wälzlager, hydrostatische Lager oder auch als Luftlager ausgebildet sein.An arrangement has become known for measuring the reaction torque, in which the machine housing is mounted centrally to the input or output shaft and via a force measuring device (scale or load cell) opposite the machine foundation supports. Smooth-running self-aligning bearings are used to support the machine housing used that encompass the input or output shaft. They can be used as ball bearings, Rolling bearings, hydrostatic bearings or air bearings.
Bekanntlich sind aber Kugel und Wälzlager nicht reibmomentfrei. Das Reibmoment ist abhängig von der Leichtgängigkeit der Lager und dem Gewicht des pendelnd gelagerten Maschinenteiles. Dadurch, daß sich das Pendellager nicht wie ein normales Lauflager dreht, sondern die Kugeln bzw. Rollen des Lagers praktisch immer an der gleichen Stelle zum Lagerinnen- und Lageraußenring bleiben und dort die Gewichts- und Rüttelkräfte des Gehäuses aufnehmen und auf das Stehlager übertragen müssen, entstehen im Laufe der Zeit an den Kraftübergangsstellen d.h. an den Kugeln bzw. Rollen Abflachungen und an den Innen- und Außenringen der Pendellager Eindellungen.As is known, however, the ball and roller bearings are not free of frictional torque. That Frictional torque depends on the ease of movement of the bearings and the weight of the pendulum stored machine part. Because the self-aligning bearing is not like a normal one Running bearing rotates, but the balls or rollers of the bearing practically always on the remain in the same place to the bearing inner and bearing outer ring and there the weight and vibration forces of the housing must be absorbed and transferred to the pillow block bearing, arise in the course of time at the force transfer points, i.e. on the balls or Roller flats and indentations on the inner and outer rings of the self-aligning bearings.
Diese Abflachungen bzw. Eindellungen führen dazu, daß bei einer geringen Drehung des Maschinengehäuses das Gewicht des pendelnden Maschinenteiles geringfügig aus den Abflachungen bzw. Eindellungen herausgehoben werden muß, wodurch entsprechend große Rückstellkräfte und damit Drehmomentverfälschungen entstehen.These flats or dents lead to the fact that at a small Rotation of the machine housing the weight of the oscillating machine part slightly must be lifted out of the flats or dents, whereby accordingly large restoring forces and thus distorted torque arise.
Hydrostatische Lager und Luftlager benötigen jedoch zur Übertragung dar Gewichts- und Rüttelkräfte vom pendelnden .Maschinenteilizum Fundament relativ große ÜbertragungF-flächen. Die.Lager werden demzufolge verhältnismäßig groß und verhindern eine kompakte Naschinenbauweise. Die großen Pendellagerabmessungen bedingen relativ lang auskragende Maschinenwellen, was dazu führt, daß die kritische Wellenresonanz gegenüber einer normalen Maschine sehr stark herabgesetzt wird.However, hydrostatic bearings and air bearings need to be transmitted represents weight and vibration forces from the oscillating machine part relative to the foundation large transfer areas. The camps are therefore relatively large and prevent a compact machine design. The large self-aligning bearing dimensions require relatively long cantilevered machine shafts, which leads to the critical shaft resonance is greatly reduced compared to a normal machine.
Ein genereller Nachteil derßvorgenannten Pendellagerungen besteht in der sehr aufwendigen und damit teueren Bauweise.There is a general disadvantage of the aforementioned self-aligning bearings in the very complex and therefore expensive construction.
Hiervon betroffen sind besonders die Pendellagerausführungen mit hydrostatischen Lagern und Luftlagern mit ihren erforderlichen Nebenaggregaten, zur Drucköl- bzw. Druckluftversorgung.This particularly affects the self-aligning bearing designs with hydrostatic Bearings and air bearings with their necessary ancillary units, for pressurized oil or Compressed air supply.
Eine bekannte Pendellageranordnung mit zentrischen Pendellagern in Kugel- oder Wãlzlagerausführung ist in den Figuren ia und lb schematisch dargestellt. Fig. 1c zeigt die an den Pendellagern angreifenden Kräfte. Die Belastungsmaschine besitzt einen Ständer 1 und Läufer 2, der in den Lagern 4 und 5 gelagert ist. Pendellager 6 und 7, die je auf einem Pendellagerbock 8 und mit einem Fundamentrahmen verbunden sind, -umfassen zu beiden Seiten die Läuferwelle 9. An dem Ständergehäuse 1 angeordnet ist eine Kraftmesseinrichtung 10, die sich gegeniiber dem Fundamentrahmen abstiitzt.A known self-aligning bearing arrangement with centric self-aligning bearings in Ball or rolling bearing design is shown schematically in Figures ia and lb. Fig. 1c shows the forces acting on the self-aligning bearings. The stress machine has a stator 1 and rotor 2, which is mounted in bearings 4 and 5. Self-aligning bearings 6 and 7, each connected to a self-aligning bearing block 8 and to a foundation frame are arranged on both sides of the rotor shaft 9 on the stator housing 1 is a force measuring device 10, which is supported against the foundation frame.
Die in Fig. lc an den Pendellagern angreifenden Kräfte werden verursacht durch das Maschinengewicht FG = G.g, ferner durch die umlaufende Unwuchtkraft FW und schließlich FM, die Reaktionskraft zur Drehmomentmeßkraft FM Die Kräfte FG, FF und FM greifen im Mittelpunkt des Pendellagers an und verursachen bzw. übertragen demzufolge kein Drehmoment.The forces acting on the self-aligning bearings in FIG. 1c are caused by the machine weight FG = G.g, furthermore by the rotating unbalance force FW and finally FM, the reaction force to the torque measuring force FM The forces FG, FF and FM attack in the center of the self-aligning bearing and cause or transmit consequently no torque.
Anders ist es mit der Drehmomentmeßkraft FN die an dem Hebelarm wirkt. Sie ist dem Drehmoment der Maschine proportional, wird mit einer Kraftmeßeinrichtung gemessen und als Drehmoment angezeigt.It is different with the torque measuring force FN which acts on the lever arm. It is proportional to the torque of the machine and is measured with a force measuring device measured and displayed as torque.
Aufgabe der Erfindung ist eine Anordnung einer außerzentrischen Pendellagerung für Drehmomentmessungen hoher Genauigkeit, bei der nur kleine, genau eineichbare Rückstellkräfte auftreten und nur eine unwesentliche Beeinflussung des Reaktionsmomentes durch das Maschinengewicht und Unwuchtkräfte erfolgt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß rechts und links der Naschinendrehachse eine Doppelpendellagerung angeordnet ist, wobei jede Doppelpendellagerung aus im Abstand gegenüberliegenden Pendellagerböcken besteht und jeder Lagerbock mit einem Pendellager versehen ist, und die auf jeder Maschinenseite angeordneten Pendellager in einer Flucht zur Maschinenwellenmitte ausgerichtet sind umd mittels Pendelstege, als Zug- und Druckelementekombination verbunden sind und eine Meßkrafteinrichtung vorzugsweise zwischen den rechts und links der Maschinendrehachse angeordneten Pendellagerböcken angebracht ist.The object of the invention is an arrangement of an eccentric self-aligning bearing for high-precision torque measurements, where only small, precisely calibratable Restoring forces occur and only an insignificant influence on the reaction torque by the machine weight and imbalance forces. This object is achieved according to the invention solved by having a double pendulum bearing to the right and left of the machine axis of rotation is arranged, each double pendulum bearing from spaced opposite one another There are self-aligning bearing blocks and each bearing block is provided with a self-aligning bearing, and the self-aligning bearings on each side of the machine in alignment with the center of the machine shaft are aligned by means of pendulum bars, as a combination of tension and compression elements are connected and a measuring force device preferably between the right and is attached to the left of the machine axis of rotation arranged self-aligning bearing blocks.
Die als Zug- und Druckelemente a;lsgebildeten Pendelstege sind zweckmäßigerweise in Form eines Doppelscharniers d.h.The pendulum webs formed as tension and compression elements are expedient in the form of a double hinge i.e.
einer Doppelpendellagerung miteinander verbunden. Die Kraftneßeinrichtung ist vorzugsweise in Form eines spielfreien B entabes ausgeführt und terhind-rt somit ein Einknicken der Pendellagereinrichtung. Die Kraftmeßeinrichtung kann auch als Zug - Druckdose ausgebildet sein. Durch die genaue Fluchtung der Pendellagerdrehachsen zum Maschinenwellenmittelpunkt verursachen die dort angreifenden Kräfte wie die Gewichtskraft FQS die Unwuchtkraft Fg und das Reaktionsinoment der Drehmomentmeßkraft Fn kein Drehmoment und demzufolge keine Ausknickung der Pendellagereinrichtung. Lediglich die Drehmomentkraft F>i wirkt in Richtung Pendellagerausknickung, wird jedoch von der Kraftmeßeinrichtung selbst aufgenommen. Diese hat bei Nennkraft eine Auslenkung von ca. 0,2 bis 0,5 mm. Dadurch kommen bei zunehmender Drehmomentbelastung anteilige Gewichts- und Unwuchtkräfte infolge der geringfügigen Ausknickung der Pendellager auf die Kraftmeßeinrichtung. Diese zusätzlichen in der Kraftmeßeinrichtung aufzunehmenden Kräfte sind jedoch bei einer günstigen Festlegung der Pendellagerabstände zwischen dem oberen und unteren Pendellager praktisch dem Drehmoment proportional und somit eineichbar.connected by a double pendulum bearing. The strength measuring device is preferably designed in the form of a play-free B entabes and thus prevents it buckling of the self-aligning bearing device. The force measuring device can also be used as a Train-pressurized can be designed. Due to the exact alignment of the self-aligning bearing axes to the center of the machine shaft cause the forces acting there such as the Weight force FQS the unbalance force Fg and the reaction moment of the torque measuring force Fn no torque and consequently no buckling of the self-aligning bearing device. Only the torque force F> i acts in the direction of the buckling of the self-aligning bearing, becomes however, recorded by the force measuring device itself. This has a at nominal force Deflection of approx. 0.2 to 0.5 mm. As a result, when the torque load increases proportional weight and imbalance forces due to the slight buckling of the Self-aligning bearings on the force measuring device. These additional ones in the force measuring device The forces to be absorbed are, however, with a favorable definition of the self-aligning bearing distances between the upper and lower self-aligning bearings practically proportional to the torque and thus calibratable.
Als Pendellager können beispielsweise Kugel- oder Wälzlager oder vorgespannte Schneiden und Pfannen oder knickfeste, biegeelastische Plattfedern oder eine Kombination der vorgenannten Lagerarten verwendet werden. Alle Pendellager meisen spielfrei sein. Die Pendellagerstege sind knickfrei und zug- und druckbelastbar auszuführen. Während die Pendellagerausführungen, bei Kugel- oder Rollenlager und vorgespannte Schneiden und Pfannen keine Rückstellkräfte verursachen, üben die Pendellager mit Plattfedern Rückstellkräfte aus. Diese Rückstellkräfte sind ähnlich wie die Einknickkräfte in das Meßsystem eineichbar und wirken den Einknickkräften entgegen. Bei der labilen Anordnung von außerzentrischen Pendellagerarten verursachen die Gewichts- und Unwuchtkräfte der Belastungsinaschine in Verbindung mit der Auslenkung der Kraftmeßeinrichtung entsprechend große Ausknickkräfte. Bei einer stabilen Pendellageranordnung führen die Rückstellkräfte nicht zum Ausknicken, sondern zur Fluchtung der oberen und unteren Pendellagerdrehachse zur Maschinenwellenmitte hin.Ball bearings, roller bearings, or preloaded bearings, for example, can be used as self-aligning bearings Cutting and frying or kink-resistant, flexible flat springs or a combination of the aforementioned types of storage can be used. All self-aligning bearings tit be free of play. The self-aligning bearing bars are kink-free and can withstand tensile and compressive loads to execute. While the self-aligning bearing designs, ball or roller bearings and The self-aligning bearings practice pre-tensioned cutting edges and sockets that do not cause any restoring forces with flat springs restoring forces. These restoring forces are similar to that Buckling forces can be calibrated in the measuring system and counteract the buckling forces. With the unstable arrangement of eccentric self-aligning bearings, they cause Weight and imbalance forces of the loading machine in connection with the deflection the force measuring device correspondingly large buckling forces. With a stable self-aligning bearing arrangement the restoring forces do not lead to buckling, but to the alignment of the upper ones and lower self-aligning bearing axis of rotation towards the center of the machine shaft.
Dabei wird durch das Maschinengewicht der Pendelsteg nicht auf Druck, sondern auf Zug beansprucht und die B3- Maschine hängt mit ihrer mitpendelnden Grundplatte in den oberen Pendellagern der Fundamentplatte. Eine quasi indifferente Pendellagerung ergibt sich, wenn die Pendellagerausführung der einen Seite als eine labile und die Pendellagerausführung der anderen Seite als eine stabile Pendellageranordnung ausgeführt wird, und eine annähernd gleichmäßige Aufteilung der in der Wellenmitte der Maschine angreifenden Kräfte auf die rechte und linke Pendellageranordnung erfolgt. In diesem Falle heben sich die Riickstellkräfte der labilen Pendellagerausführung gegen die der stabilen Pendellagerausfiihrung auf.Due to the weight of the machine, the pendulum web is not subjected to pressure, but rather under tension and the B3 machine hangs with its base plate, which oscillates with it in the upper self-aligning bearings of the foundation plate. A quasi-indifferent pendulum bearing arises when the self-aligning bearing design on the one hand as a labile and the self-aligning bearing version on the other side as a stable self-aligning bearing arrangement is carried out, and an almost even distribution of the in the shaft center The machine acting forces on the right and left self-aligning bearing arrangement takes place. In this case, the restoring forces of the unstable self-aligning bearing design increase against that of the stable self-aligning bearing design.
Anhand der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.An exemplary embodiment of the invention is shown in more detail with the aid of the drawing explained.
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße außenzentrische labile Pendellageranordnang in Seitenansicht, Fig. 3 die gleiche Anordnung in Vorderansicht, Fig. 4, 5 und 6 zeigen Ausführungen von Pendellager mit vorgespannten Schneiden und Pannen in verschiedenen Schnitten.Fig. 2 shows an externally central labile self-aligning bearing arrangement according to the invention in side view, FIG. 3 shows the same arrangement in front view, FIGS. 4, 5 and 6 show designs of self-aligning bearings with preloaded cutting edges and punctures in different Cuts.
In Fig. 2 ist eine Belastungsinaschine 11, vorzugsweise eine B3- Maschine mit ihren FüBen 12 auf einem Pendellagerbock 13 befestigt. Im Abstand zum Pendellagerbock 13 befindet sich ein weiterer Pendellagerbock 14, der auf einer Auflage 15 angeordnet ist. An jedem der Pendellagerböcke 13 und 1 sind Pendellager 16 vorhanden und jedes unmittelbar gegeniiberliegende Pendellager ist mit einem Pendelsteg 17 sowie 18 verbunden. Zwischen der Auflage 15 und der Maschine 11 ist eine fraftmeßeinrichtung 19 vorgesehen, die vorzugsweise mit einem Biegestab ausgeführt ist und sich gegen einen Kraftaufnahmebock 20 abstützt (Fig. 3).In Fig. 2 there is a loading machine 11, preferably a B3 machine attached with their feet 12 on a self-aligning bearing block 13. At a distance from the self-aligning bearing block 13 there is a further self-aligning bearing block 14, which is arranged on a support 15 is. On each of the self-aligning bearing blocks 13 and 1 there are self-aligning bearings 16 and each directly opposite self-aligning bearings is provided with a pendulum web 17 and 18 tied together. Between the support 15 and the machine 11 is a fraftmeßeinrichtung 19 provided, which is preferably designed with a bending rod and against supports a load bearing block 20 (Fig. 3).
Die Pendelstege 17, 18 dienen zur Druck- und Zugaufnahme.The pendulum webs 17, 18 serve to absorb pressure and tension.
Im Beispiel der Fig. 4, 5 und 6 bestehen die Pendellager 16 aus spielfreien vorgespannten Schneiden 21 und Pfannen 22.In the example of FIGS. 4, 5 and 6, the self-aligning bearings 16 consist of no play prestressed blades 21 and pans 22.
Die Pfannen 22 sind in einer oberen und einer unteren Verbindungsschiene 23 so angeordnet, daß alle Drehpunkte d.h.The pans 22 are in an upper and a lower connecting rail 23 arranged so that all pivot points i.e.
Pendellagerachsen 26 bzw. 27 in einer Schiene zijeinn<Ier exakt fluchten. Der Pendelsteg 18 für die Zugaufnahme ist zwischen den beiden Pendelstegen 17 für die Druckaufnahme angeordnet und hat die Aufgabe, den Druckaufnahmelagern die erforderliche Vorspannung zu geben und darüber hinaus die auf die Pendellagereinrichtung von außen wirkenden Zugkräfte aufzunehmen.Self-aligning bearing axles 26 and 27 in one rail zijeinn <Ier exactly cursing. The pendulum web 18 for the pull absorption is between the two pendulum webs 17 arranged for the pressure receiving and has the task of the pressure receiving bearings to give the required preload and also to the self-aligning bearing device to absorb externally acting tensile forces.
Das Pendellager 16 ist mit Schneide 21 und Pfanne 22 ausgeführt. Der Steg 18 für die Zugaufnahme ist entweder als Schraubenbolzen oder als Flachstahl ausgebildet. Bei der Anordnung des Steges 18 in Flachstahl sind zwei Stellschrauben vorgesehen, die eine Einstellung der Zugvorspannung ermöglichen.The self-aligning bearing 16 is designed with a cutting edge 21 and a socket 22. Of the Web 18 for the pulling absorption is either as a screw bolt or as a flat steel educated. When arranging the web 18 in flat steel, two adjusting screws are required provided, which allow adjustment of the tensile preload.
Darüber hinaus hat diese Anordnung noch den Vorteil, daß der Flachstahl auch axiale Kräfte aufnehmen kann. Da er nur für die Zugbelastung ausgelegt werden muß, kann er so dimensioniert werden, daß er nur sehr geringe Rückstellkräfte verursacht.In addition, this arrangement has the advantage that the flat steel can also absorb axial forces. Since it can only be designed for the tensile load must, it can be dimensioned so that it causes only very low restoring forces.
Diese Rückstellkräfte können von der KraftmeReinrichtung mit eingeeicht werden. Der Flach stahl kann so dimensioniert werden, daß seine Rückstellkräfte den Ausknickkräften entsprechen. Dadurch hat diese Pendellagerkombination aus Schneiden- und Pfannen - Drucklager und Flachstahlzuglager die Eigenschaft einer indifferenten Pendellagerung.These restoring forces can also be calibrated by the force measuring device will. The flat steel can be dimensioned so that its restoring forces correspond to the buckling forces. As a result, this self-aligning bearing combination of cutting edge and pans - thrust bearings and flat steel tension bearings the property of an indifferent Pendulum bearing.
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Also Published As
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|---|---|
| DE2950307C2 (en) | 1987-10-22 |
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