DE683481C

DE683481C - Procedure for balancing rotating bodies

Info

Publication number: DE683481C
Application number: DEA73595D
Authority: DE
Inventors: Dr Georg Kirchberg
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1934-07-06
Filing date: 1934-07-06
Publication date: 1939-11-07

Description

Verfahren zum Auswuchten umlaufender Körper Läuft ein Körper frei schwingend in zwei federnd ausgebildeten Lagern, so handelt es sich um ein gekoppeltes Schwingungssystem, das zwei Resonanzlagen bzw. kritische Drehzahlen besitzt. Bei der einen im allgemeinen bei geringer Drehzahl liegenden Resonanzdrehzahl schwingen die beiden Lager praktisch ohne Phasenverschiebung in gleicher Richtung. Bei der zweiten im allgemeinen höher liegenden Resonanzdrehzahl schwingen die beiden Lager mit einer Phasenverschiebung von I800 gegeneinander.Procedure for balancing rotating bodies A body moves freely swinging in two resilient bearings, it is a coupled one Vibration system that has two resonance positions or critical speeds. at the one oscillating resonance speed, which is generally at a low speed the two camps with practically no phase shift in the same direction. In the Second, generally higher resonance speed, the two bearings vibrate with a phase shift of 1800 to each other.

Die Lagerung des Körpers in zwei je für sich unmittelbar federnd angeordneten Lagern ist zum Zwecke des Auswuchtens dieses Körpers bekannt. Der Auswuchtvorgang wird dann in der Weise durchgeführt, daß abwechselnd das eine und dann das andere Lager festgeklemmt wird, so daß der Prüfkörper wie ein einfaches Pendel schwingt. Bei diesem Schwingungssystem tritt also jeweils nur eine einzige Resonanzdrehzahl oder kritische Drehzahl auf, oberhalb welcher das Auswuchten vorgenommen wird, das sich also bei überkritischer Drehzahl abspielt. The storage of the body in two, each directly resilient arranged bearings is known for the purpose of balancing this body. The balancing process is then carried out in such a way that alternately one and then the other Bearing is clamped so that the test body swings like a simple pendulum. In this oscillation system, only a single resonance speed occurs at a time or critical speed above which the balancing is carried out, the So it takes place at a supercritical speed.

Es sind auch Auswuchtverfahren bekannt, bei denen beide Lager gleichzeitig frei schwingen, hierbei ist jedoch dafür gesorgt, daß der Prüfkörper trotzdem wie ein einfaches Pendel schwingt, da die Schwingachsen um go0 zueinander versetzt sind. There are also known balancing methods in which both bearings are used at the same time vibrate freely, but here it is ensured that the test body still like a simple pendulum swings because the swivel axes are offset from one another by go0.

Bei diesen bekannten Verfahren ist ein völliges Auswuchten nicht erreichbar, vielmehr muß man sich mit einem Annäherungswert begnügen, weil die die Zusatzgewichte aufnehmenden Stirnseiten außerhalb der Lagerebene liegen. Außerdem können die Pendelpunkte besonders bei größeren Prüfkörpern nicht vollkommen schwingungsfrei festgehalten werden. Complete balancing is not possible with these known methods achievable, rather one must be content with an approximation, because the Front sides absorbing additional weights are outside the storage plane. aside from that the pendulum points cannot be completely free of vibrations, especially with larger test specimens be held.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Auswuchten umlaufender Körper bei überkritischen Drehzahlen in einer Vorrichtung, bei der beide Prüfkörperlager je für sich unmittelbar federnd angeordnet sind. Gemäß der Erfindung werden nach dem Anwerfen des Prüfkörpers auf Drehzahlen oberhalb der höchsten Resonanzdrehzahl bei frei schwingenden Lagern gleichzeitig an beiden Stirnseiten in an sich bekannter Weise Zusatzgewichte in Richtung der jeweils größten Lagerausschläge und entsprechend den gemessenen Ausschlagswerten eingesetzt. Dieser Verfahrensgang wird so lange wiederholt, bis von der ursprünglichen, aus einem statischen und einem dynamischen Anteil bestehenden allgemeinen Unwucht lediglich ein nur statischer oder nur dynamischer Teil zurückbleibt, der dann in einem weiteren Verfahrensgang in bekannter Weise beseitigt wird. Der Vi teil dieses Verfahrens besteht einerseits einer Vereinfachung der Auswuchteinrichtung@ andererseits in dem Grad der erzielbaren Ge- -nauigkeit des Auswuchtens, da die Lager nicht mehr festgeklemmt zu werden brauchen. The invention relates to a method for balancing rotating Body at supercritical speeds in a device in which both test body bearings are each arranged in a directly resilient manner. According to the invention are after Starting the test body at speeds above the highest resonance speed in the case of freely oscillating bearings at the same time on both end faces in a known manner Way additional weights in the direction of the largest bearing deflections and accordingly the measured deflection values are used. This course of proceedings will be so long repeated until from the original, from a static and a dynamic Share existing general unbalance just a static one or only dynamic part remains, which is then used in a further course of the procedure is eliminated in a known manner. The Vi part of this procedure consists on the one hand a simplification of the balancing device @ on the other hand in the degree that can be achieved Balancing accuracy as the bearings no longer need to be clamped.

Diese Vorteile wirken sich besonders bei schweren und großen Prüfkörpern aus.These advantages are particularly effective with heavy and large test specimens the end.

Würde man in Abweichung von dem Verfahren nach der Erfindung den in zwei frei schwingbaren Lagern umlaufenden Prüf. körper, ohne das eine dieser Lager festzuklemmen, bei einer Drehzahl betreiben, die zwischen der niedrigsten und der höchsten Resonanzdrehzahl oder bei der höchsten Resonanzdrehzahl liegt, so würde der Auswudvorgang eine große Anzahl von Versuchsläufen erfordern. Beim Auswuchten oberhalb der höchsten Resonanzdrehzahl ist jedoch der Zusammenhang zwischen den vorhandenen Unwuchten und den gemessenen Lagerausschlägen bedeutend einfacher, da die Phasenverschiebung in diesen Drehzahlgebieten praktisch konstant ist und 180° beträgt. Infolgedessen bedarf es bei dem Verfahren nach der Erfindung zur Ermittlung der Unwuchten weniger Versuchsläufe, was beim Auswuchten schwerer und großer Prüfkörper, für das das Verfahren in erster Linie in Frage kommt, besonders ins Gewicht fällt, denn mit einer Verminderung der Versuchsläufe ist auch eine erhebliche Kraft- und Zeitersparnis verbunden. If one would deviate from the method according to the invention in two freely oscillating bearings rotating test. body without the one of these To clamp bearings, operate at a speed that is between the lowest and the highest resonance speed or at the highest resonance speed, so the effluent process would require a large number of trial runs. At the However, balancing above the highest resonance speed is the relationship between the existing imbalances and the measured bearing deflections much easier, because the phase shift is practically constant in these speed ranges and 180 °. As a result, there is a need for determination in the method according to the invention of the imbalances fewer test runs, which is the case when balancing heavy and large test specimens, for which the procedure is primarily relevant, is particularly important, because with a reduction in the number of test runs, there is also a considerable amount of force and Time savings associated.

Auf der Zeichnung sind in Abb. I der Prüfkörper und die Vorrichtung, in welcher der Prüfkörper gelagert ist, schematisch dargestellt. Abb. 2 bis 4 sind Auswuchtdiagramme. On the drawing are in Fig. I the test body and the device, in which the test body is stored, shown schematically. Fig. 2 through 4 are Balancing diagrams.

In Abb. I bedeuten S den Schwerpunkt des auszuwuchtenden Körpers, x den Schwingungsausschlag des Schwerpunktes, ci und x2 die Lagerausschläge der LagerI und II, die Federkonstanten der Lagerfederungen; st der Lagerabstand ; lI bzw. lII sind die Abinde des Schwerpunkts S von der Mitte der ager I bzw. II; 4 bzw. l'II sind die Abstände des Schwerpunkts 5 von den Stirnseiten 1 bzw. II des Prüfkörpers; li ist die Länge des Prüfkörpers. Es wird angenommen, daß der Körper, bezogen auf einen beliebigen Halbmesser r und auf die Stirnseiten I und II, die der Einfachheit wegen unmittelbar an den Lagerstellen liegend angesehen werden (d. h. In Fig. I, S denotes the center of gravity of the body to be balanced, x the oscillation deflection of the center of gravity, ci and x2 the bearing deflections of the LagerI and II, the spring constants of the bearing springs; st is the bearing distance; lI and lII are the boundaries of the center of gravity S from the middle of ager I and II; 4th and l'II are the distances of the center of gravity 5 from the end faces 1 and II of the Test specimen; li is the length of the test body. It is believed that the body, based on any radius r and on the end faces I and II, the for the sake of simplicity, they should be considered to be located directly at the bearing points (i.e. H.

=lI1 ; l = l'II), die Unwuchten UI an der Stirnseite I und UII an der Stirnseite II besitzt. Diese werden, wie in Abb. 2 angegeben, in die statischen Anteile Usi bzw. Usn und in die dynamischen Anteile UD zerlegt. Im allgemeinen liegen die beiden Unwuchtanteile nicht in der gleichen, sondern in zwei um den Winkel # gegeneinander versetzten Halbmesserebenen. In dem Beispiel der Abb. 2 ist angenommen, daß der Schwerpunkt des Körpers in der Mitte zwischen den beiden Stirnseiten liegt, so daß in diesem Falle außer den dynamischen Anteilen auch die statischen Aneile USI und USII für beide Stirnseiten einander gleich sind. Für eine hiervon abweichende Lage des Schwerpunktes bleiben die dynamischen Anteile UD sich weiterhin gleich, während sich die statischen Anteile für beide Stirnseiten umgekehrt zueinander verhalten wie die Stirnseitenabstände von dem Schwerpunkt. Für genügend weit oberhalb der höchsten Resonanzlage des Prüfkörpers liegende Drehzahlen erhält man unter der Berücksichtigung, daß dann die Dämpfung vernachlässigt und der Körper in der Federungsrichtung als frei im Raume schwebend angesehen werden kann, für die Lagerausschläge x1 und x2 die Gleichungen Hierin bedeuten M die Masse des Prüfkörpers, 0 sein Massenträgheitsmoment bezüglich eines Durchmessers durch den Schwerpunkt, # die Winkelgeschwindigkeit des Körpers, e den Winkel zwischen statischen und dynamischen Anteilen der Unwucht, t die Zeit, r den Halbmesser der Unwucht.= lI1; l = l'II), which has unbalances UI on face I and UII on face II. As shown in Fig. 2, these are broken down into the static components Usi or Usn and the dynamic components UD. In general, the two unbalance components are not in the same but in two radius planes offset from one another by the angle #. In the example of Fig. 2 it is assumed that the center of gravity of the body is in the middle between the two end faces, so that in this case, in addition to the dynamic components, the static proportions USI and USII are the same for both end faces. For a position of the center of gravity that deviates from this, the dynamic components UD remain the same, while the static components for both end faces are inversely related to one another, like the end face distances from the center of gravity. For speeds that are sufficiently far above the highest resonance position of the test body, taking into account that the damping is then neglected and the body can be viewed as floating freely in space in the suspension direction, the equations for the bearing deflections x1 and x2 are obtained Here, M is the mass of the test body, 0 is its mass moment of inertia with respect to a diameter through the center of gravity, # the angular velocity of the body, e the angle between the static and dynamic components of the unbalance, t the time, r the radius of the unbalance.

Im folgenden wird zunächst die symmetrische Anordnung betrachtet, für die Us, = USiI und N = l'II = 2 ist. Schreibt l@@ l@@ man noch zur Abkürzung für = = α M#l'II M#l'I und l'I # l'II # M/# = α, so findet man für diessen Fall die den Lagerausschlägen verhßtnisgleichen Werte A1 und A2 A1 = - x1/α = US#cos#t + αUD#cos(#t + #), (3) A2 = - x2/α = US#cos#t - αUD#cos(#t + #), (4) In Abb. 3 sind die Gleichungen (3) und (4) in Vektorform dargestellt und auch die Unwuchten UI und Un eingetragen. Die Größtwerte Aimax und A2maX ergeben sich, wie aus Abb. 3 abzulesen ist, zu während man in gleicher Weise für die Unwuchten findet Man erkennt sowohl aus Abb. 3 als auch aus den Gleichungen (5) bis (8), daß die mit den Richtungen von A1 max und A2 max übereinstimmenden Richtungen der größten Ausschläge, bezogen auf den umlaufenden Körper, die sogenannten höchsten Stellen der Welle, im allgemeinen nicht mit den Richtungen der Unwuchten UI bzw. UII zusammenfallen, sondern daß zwischen ihnen die in Abb. 3 mit ß1 und ß2 bezeichneten Winkelabweichungen bestehen. Außerdem findet man, daß eine Verhältnisgleichheit zwischen den Unwuchten und Lagerausschlägen, wenn statische und dynamische Unwuchtanteile vorhanden sind, nicht besteht. Verhältnisgleichheit zwischen Lagerausschlägen und Unwuchten sowie Übereinstimmung der Richtungen der größten Ausschläge und der Unwuchten besteht nur für die Fälle rein statischer oder rein dynamischer Unwucht. Diese Erkenntnisse führen zu der Schlußfolgerung, daß man zum Auswuchten, bei dem ja nur die Lagerausschläge der unmittelbaren Messung zugänglich sind, die allgemeine Unwucht zunächst auf nur statische oder nur dynamische Unwucht zurückführen muß, um diese dann leicht in bekannter Weise ausgleichen zu können.In the following, the symmetrical arrangement is first considered, for which Us, = USiI and N = l'II = 2. If you write l @@ l @@ as an abbreviation for = = α M # l'II M # l'I and l'I # l'II # M / # = α, then one finds the same thing as the bearing deflections in this case Values A1 and A2 A1 = - x1 / α = US # cos # t + αUD # cos (#t + #), (3) A2 = - x2 / α = US # cos # t - αUD # cos (#t + #), (4) In Fig. 3, equations (3) and (4) are shown in vector form and the unbalances UI and Un are also entered. The maximum values Aimax and A2maX result, as can be seen from Fig. 3, to while one finds in the same way for the unbalances It can be seen from Fig. 3 as well as from equations (5) to (8) that the directions of the greatest deflections, which correspond to the directions of A1 max and A2 max, in relation to the rotating body, are the so-called highest points of the shaft, in general do not coincide with the directions of the unbalances UI and UII, but that between them the angular deviations designated in Fig. 3 with ß1 and ß2 exist. In addition, it is found that there is no equality of relationship between the unbalances and bearing deflections when static and dynamic unbalance components are present. Relational equality between bearing deflections and imbalances as well as correspondence of the directions of the largest deflections and the unbalances exists only in the cases of purely static or purely dynamic unbalance. These findings lead to the conclusion that for balancing, in which only the bearing deflections are accessible for direct measurement, the general unbalance must first be reduced to only static or only dynamic unbalance in order to be able to compensate this easily in a known manner.

Wie die Auswuchtung eines Prüfkörpers gemäß der Erfindung im einzelnen verläuft, sei an einem Beispiel in Abb. 4 erklärt. Der auszuwuchtende Körper möge, bezogen auf die Stirnseiten 1 und II, von vornherein die Unwuchten U1O und UII0 besitzen, die sich in die statischen Anteile Uso und in die dynamischen Anteile UD< zerlegen lassen. Das Verhältnis Un0 sei für das gewählte Beispiel gleich I angenommen, und der Winkel e betrage 450, Nimmt man U1O gleich I an, dann ist UII0 = 0,40. Der erste Lauf ergibt den Vektor des Lagerausschlages an der Seite 1 in Richtung AI0 und an der Seite II in Richtung AII0. Setzt man die Größe des Ausschlages AI0 gleich I, dann wird die Größe des Ausschlages Afrn gleich 0,64. How the balancing of a test body according to the invention in detail is explained using an example in Fig. 4. The body to be balanced may based on the end faces 1 and II, the unbalances U1O and UII0 from the start which are divided into the static parts Uso and the dynamic parts Have UD <disassembled. The ratio Un0 is the same for the example chosen Assume I, and the angle e is 450, Assuming U10 is equal to I, then is UII0 = 0.40. The first run gives the vector of the bearing deflection on the side 1 in direction AI0 and on side II in direction AII0. If you set the size of the If the deflection AI0 is equal to I, then the size of the deflection Afrn is equal to 0.64.

In die Stirnseite 1 werde nun in Richtung von Aro nach Schätzung das Gewicht G1,1 = 0,5 kg eingesetzt und in Stirnseite II entsprechend dem Verhältnis der Ausschläge Ar und An das Gewicht Gilt, = 0,32 kg. Es entsteht dann in I die tatsächliche Unwucht ; Ur, und in II die Unwucht Un,. Beim zweiten Lauf werden dann die Ausschläge Al, und All, gemessen, und es werden nunmehr die entsprechend dem Verhältnis dieser Ausschläge zu AI0 berechneten Gewichte GI2 in Seite I und GII2 in Seite II eingesetzt. In der gleichen Weise werden noch ein dritter und vierter Lauf durchgeführt, wonach man die nach Größe und Richtung praktisch gleichen Ausschläge. Ar, und AII3 erhält. Die allgemeine Unwucht ist damit auf nur statische Unwucht zurückgeführt; für die die Ebene genau bekannt ist und für die auch Verhältnisgleichheit zwischen Unwucht und Lagerausschlag besteht. In einem fünften Lauf kann man dann das Verhältnis zwischen Unwucht und Ausschlag feststellen und die endgültigen Gewichte einsetzen. In the end face 1 will now be in the direction of Aro according to estimates the weight G1,1 = 0.5 kg inserted and in the face II according to the ratio the deflections Ar and An the weight applies = 0.32 kg. It then arises in I die actual imbalance; Ur, and in II the imbalance Un ,. The second run will be the deflections Al, and All, are measured, and there are now those corresponding to the Ratio of these deflections to AI0 calculated weights GI2 in side I and GII2 used in page II. In the same way there will be a third and fourth Run carried out, after which one can see the deflections practically the same in size and direction. Ar, and AII3 received. The general imbalance is therefore only a static imbalance returned; for which the level is exactly known and for which also proportional equality between unbalance and bearing deflection. In a fifth run you can then determine the relationship between imbalance and deflection and the final weights insert.

Ob mit dem Verfahren gemäß der Erfindung die allgemeine Unwucht auf nur statische oder nur dynamische zurückgeführt wird, hängt allein ab von der Größe des Festwertes, der in den Gleichungen (3) bis (5) auftritt. Die Größe des Wertes. ist auf Grund der Beziehung α = l'I#l'II . M/# nur abhängig von den Abmessungen des Prüfkörpers und dessen Einbau in die Auswuchtvorrichtung. Whether with the method according to the invention, the general imbalance only static or only dynamic is returned, depends solely on the size the fixed value appearing in equations (3) to (5). The size of the value. is due to the relationship α = l'I # l'II. M / # only depends on the dimensions of the test body and its installation in the balancing device.

Je größer a ist, um so mehr tritt der dynamische Anteil der Unwucht in den Vordergrund und um so geringer ist der Anteil der statischen Unwucht, die bei dem Zurückführen der allgemeinen Unwucht auf nur dynamische mit ausgeglichen wird. Im Grenzfalle a gleich I, für den ja, wie aus Abb. 3 und den Gleichungen (5) bis (8) hervorgeht, Verhältnisgleichheit zwischen Unwucht und Lagerausschlägen besteht und die Richtungen der Ausschläge mit den Unwuchtrichtungen übereinstimmen, findet kein Zurückführen auf statische Unwucht statt, sondern der Ausgleich der beiden Unwuchtanteile erfolgt gleichzeitig. Für Werte von o kleiner als I wird nach dem Verfahren gemäß der Erfindung die allgemeine Unwucht auf nur dynamische Unwucht zurückgeführt. The larger a, the more the dynamic part of the imbalance occurs in the foreground and the lower the proportion of the static unbalance, the in reducing the general imbalance to only dynamic ones with compensated will. In the limit case a equals I, for which yes, as shown in Fig. 3 and equations (5) until (8) it can be seen that there is an equality of relationship between the unbalance and bearing deflections and the directions of the deflections coincide with the unbalance directions there is no tracing back to static imbalance, but rather the balancing of the two Unbalance proportions take place at the same time. For values of o less than I, after Method according to the invention, the general imbalance to only dynamic imbalance returned.

Die bisherigen Betrachtungen galten nur für die symmetrische Anordnung, aber auch für Abweichungen von der Symmetrie bleibt das Verfahren gemäß der Erfindung gültig. The previous considerations only applied to the symmetrical arrangement, but the method according to the invention also remains for deviations from symmetry valid.

Man muß nur mit Rücksicht auf die in den Ausgangsgleichungen auftretenden Faktoren 1/PI und 1/PII die gemessenen Lagerausschläge entsprechend den Abständen der Stirnseiten von dem Körperschwerpunkt umrechnen und die Ausgleichsgewichte entsprechend diesen umgerechneten Ausschlägen einsetzen. One only has to take into account those appearing in the initial equations Factors 1 / PI and 1 / PII the measured bearing deflections according to the distances convert the end faces from the body's center of gravity and adjust the counterweights accordingly insert these converted deflections.

Claims

PATENT CLAIM: Process for balancing rotating bodies in one Device in which the two test body bearings are each arranged in an indirectly resilient manner are, at supercritical speeds, characterized in that after starting of the test body to speeds above the highest resonance speed at both Front sides with freely oscillating bearings at the same time in a manner known per se Additional weights in the direction of the respective largest deflections according to the measured Deflection values are used and that this procedure is repeated, up to the original, consisting of a static and dynamic part general imbalance only a static or only dynamic imbalance remains, which is then eliminated in a known manner in a further course of the procedure.