DE831909C - Verfahren und Vorrichtung zum Messen von Drehschwingungen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Messen von Drehschwingungen

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DE831909C
DE831909C DE1949P0003605 DEP0003605D DE831909C DE 831909 C DE831909 C DE 831909C DE 1949P0003605 DE1949P0003605 DE 1949P0003605 DE P0003605 D DEP0003605 D DE P0003605D DE 831909 C DE831909 C DE 831909C
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rotating body
shaft
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disk
vibration
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Application number
DE1949P0003605
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English (en)
Inventor
Herwart Behrmann
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Askania Werke AG
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Askania Werke AG
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H1/00Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
    • G01H1/10Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector of torsional vibrations

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

  • Verfahren und Vorrichtung zum Messen von Drehschwingungen Zum Messen von Drehschwingungen sind sogenannte Torsiographen bekanntgeworden, welche iiebeii der durch axiale Nerhindung oder durch Treibriemen vom Drehschwingungen ausführenden Prüfling mitgenommenen Scheibe oder Welle eine mit dieser federnd verbundene träge Masse besitzen, deren Relativdrehung zur Scheibe oder Welle gemessen wird. Es sind andererseits auch Tastdrehschwingungsmesser vorgeschlagen worden, bei welcdhen die Drehbeweung einschließlich Drehschwingungen entweder tangential durch ein Tastrad oder axial durch eine Mitnehmerspitze auf die die träge Drehmasse tragende Scheibe oder Welle übertragen wird. Die Ausscheidung der gleichmäßigen Drehbewegung wird hierbei durch Winkeflbel und durch die hohle Achse geführte Stoßstange oder durch ein Differentialgetriebe bewirkt.
  • Geräte der genannten Art sind einmal wegen der trägen Drehmasse ziemlich schwer und beeinflussen deshalb die Schwingungsverhältnisse des Prüflings, insbesondere bei kleinen Abmessungen. Andererseits erfordern sie einen komplizierten Mechanismus, wenn sie eine mechanische Schreibvorrichtung besitzen.
  • Die Erfindung schlägt ein grundsätzlich neues Meßverfahren vor, welches die Benutzung von Meßeinrichtungen gestattet, welche die Nachteile der oben beschriebenen Geräte vermeiden. Andererseits können für die Messung nach dem neuen Verfahren zum Teil bekannte vorhandene Meßgeräte eingesetzt werden, die lediglich mit kleinen Zusatzeinrichtungen zu versehen sind.
  • Das neue Verfahren zum Messen von Drehschwingungen, bei dem auch die Drehbewegung der Prüflingswelle auf einen drehfähig gelagerten Körper übertragen wird, welcher sich unmittelbar auf der Prüflingswelle bzw. auf einer fest auf dieser sitzenden Scheibe usw. abwälzt, besteht gemäß der Erfindung darin, daß die Reaktionskräfte gemessen werden, welche auf das Lager des von der Prüflingswelle mitgenommenten Drehkörpers ausgeübt werden. Hierbei kann man entweder bie weichelastischer Lagerung der Welle des mitgenommenen Drehkörpers die Translationsschwingungen dieser Welle messen oder bei Verwendung eines steif-elastischen Lagers die Lagerdruckänderungen des mitgenommenen Drehkörpers mit Hilfe von druckempfindlichen Organen, z. B. Kohle, Quarz, vorzugsweise elektrisch messen.
  • An Hand des in Abb. 1 der Zeichnung dargestellten Beispiels sei das neue Verfahren näher erläutert.
  • Gegen die Drehschwingungen ausführende Prüflingswelle W mit dem Radius rw sei das Tastrad T mit dem Radius rT, der Masse mT und dem Trägheitsmoment OT angedrückt, und zwar mit einer Andruckkraft PA. Das Tastrad T ist in dem Winkeihebel H am Hebelarm h leicht drehbar gelagert, wobei der Winkelhebel H in dem an einem Tastschwingungsschreiber sitzenden Lagerbock B bei o schwenkbar gelagert ist. Am Hebelarm a des Schwenkhebels H greift die Spitze S des Tastschwingungsschreibers TSS an, welche durch eine Feder mit der Federkonstanten CT gegen den rechten Schenkel des Winkelhebels H drückt.
  • Durch die Andruckkraft PA wird der Schwenkhebel H in die Ruhelage mit dem Schwenkwinkel a=o gedrückt; bei einer Auslenkung aus dieser Lage um den Winkel a entsteht am Hebel H parallel zur Berührungstangente der Prüflingswelle mit dem Tastrad T eine rückführende Kraft PÄ. sin a = KA#x/h. Hinzu kommt die aus der Federkonstanten CTn herrührende Kraft, die mit der Auslenkung x den Betrage CT#a/h#x annimt, Die gesamten in der genannten Richtung am Hebel H wrksamen Rückstellkräfte betragen demnach PA#x/@ + CT#a/$#x. h h Der Weg x ist, wie noch gezeigt wird, der Drehschwingungsamplitude #max der pr 2flingswelle W verhältnishleich. Er wird im Verhältnis a/h auf die Tastspitze des Tastschwingungsshreibers übertragen und so registriert.
  • Durch Reibung wird das Tastrad T so mitgenommen, daß es die gleiche Umfangsbvewegung mit anderem Vorzeichen ausführt wie die Welle W. Bei festgehaltenem Mittelpunkt MT des Tastrades würde also das Tastrad infolge der Drehbewegung # der Welle W die Drehbewegung X = @@@@ ausführen.
  • Infolge der Aufhängung am Schwenkhebel H kann das Tastrad aber auch Schwenkbewegungen a um den Schwenkpunkt o ausführen. die ein Abrollen des Tastrades auf der Welle oder, bei kleinen Schwenkwinkeln a, auf der Trangente um dem Weg x = # # rT bewirken. Demzufolge macht das Tastrad eine um # verringerte Drehbewegung, also statt # nur # - #.
  • Die Schwenkbewegungen kommen dadurch zustande, daß das Tastrad mit dem Trägheitsmoment OT durch die am Hebelarm rT angreifende (Reibungs-)Kraft PT in Drehung und Drehschwingungen versetzt wird. Dadurch entsteht ein Moment Pr#rT und eine freie Kraft PT im Drephunkt MT.
  • Während das Moment PT zur rT die Drehbeschleunigung x - 3 bewirkt, erzeugt die freie Kraft PT eine Translationsbeschleuningung x der Masse mT des Tastrades T. Die im Lager des Tastrades auftretenden Kräfte sind die masseniräfte und die Rückstellkräfte; ihre Summe muß jederzeit Null sein.
  • Die Massenkräfte sind nach Vorstehendem rT # t) + = StT # X.
  • Aus diesem Ausdruck und dem für die Rückstellkräfte ergibt sich die Bewegungsgleichung 0T (# a /rT # (# - x) + MT # # + @@ # /h + @@ # h # @ = 0.
  • Aus den geometrischen Verhältnissen der Abb. 1 lassen sich die Ausdrücke # = x/rT and # = ##r#/rT finden. Damit lautet die Bewegungsgleichung Wenn die zu messende Drehbewegung der Prüflingswelle # = #max # sin # t ist, wobei # = 2#f und f die zu messende Drehschwingungsfrquenz bedeutet, wid # = -#max # #2 # sin#t.
  • Mit den Abkürzungen m'=MT-#T/R2T' C'=PA/h + CT#a/h; #T # r# K = r2T with die Gleichung übersichtlicher: x + c'm' # x = K/m' # #max # #2 # sin #t.
  • Als Lösungsansate wird x = A # sin # t eingesetzt: Mit Zersetzen der Abkürzungen ist Da x = A # sin # t gesetzt war, ist PÄ a wobei C'= lt CT lt Es ist klar, daß die freie Kraft PT um so wirksamer ist, je größer das Trägheitsmoment 0T und je kleiner die Masse mT ist, da dann die Translationsschwingung x und damit der Meßausschlag am größten ist.
  • Der Grenzwert, dem der Meßausschlag sich für Frequenzen oberhalb der Eigenfrequenz nährert also für große #. ist #T # R#/rT x sin m t mT rT Bei geeignet gewählten Abmessungen läßt sich ein günstigstes Verhältnis zwischen dem Trägheitsmoment #T und der Masse mT des Tastrades T erzielen, bei welchem der MaRausschlag x möglichst groß wird.
  • Die Abb. 2 und 3 zeigen ein praktisches Ausführungsheispiel der Erfindung in schematisierter Darstellung.
  • Mit I ist ein Tastschwingungsschreiber üblicher Bauart angedeutet. Auf dessen Tastrohr 2 ist der Bauteil 3 aufgesetzt, in welchem ein Winkelhebel 4 bei 5 schwenkbar gelagert ist. Gegen das Ende des einen Schenkels drückt die Tastspitze 6 des Tastschwingungsschreibers, während am freien Ende des anderen Schenkels ein Tastrad 7 leicht drehbar gelagert ist. Das tastrad ist so ausgebildet, daß es bei gegebenem Radius ein möglichst großes Trägheitsmoment bei kleiner Masse besitzt. Das Tastrad wird gegen die Prüflingswelle bzw. gegen eine auf dieser sitzende Scheibe gedrückt. Die Wirkungsweise der Meßeinrichtung dürfte nach den obigen eingehenden Darlegungen ohne weiteres verstand ich sei 10.
  • Zur Messung von. Drehschwingungen nach dem neuen Verfahren lassen sich beispielsweise aber auch die üblichen Zungenfrequenzmesser benutzen, wenn man gemäß der Erfindung in diesen lediglich zusätzlich eine von außen antreibbare Welle lagert, auf deren freies Ende eine leicht auswechseljbare Tastscheibe aufgesetzt ist. Drückt man die Tastscheibe derart gegen die Prüflingswelle bzw. gegen eine auf dieser sitzende Scheibe, daß die Berührungstangente der Tastscheibe mit der Prüflingswelle bzw. mit der auf dieser sitzenden Scheibe in Schwingungsrichtung der Zunge des Zungenfrequenzmessers verläuft, so bewirken die durch die Drehschwingungen der Prüflingswelle hervorgerufenen Reaktionskräfte in dem Tastradlager Schwingungen der Zunge, die in der üblichen Weise gemessen werden.
  • PATENTANSPROCHE : I. Verfahren zum Messen von Drehschwingungen, bei dem die Drehbewegung der Prüflingswelle auf einen drehfähig gelagerten Körper übertragen wird, welcher sich unmittelbar auf der Prüflingswelle bzw. auf einer fest auf dieser sitzenden Scheibe abwälzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskräfte gemessen werden, welche auf das Lager des von der Prüflingswelle mitgenommenen Drehkörpers ausgeübt werden.

Claims (1)

  1. 2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß bei weich-elastischer Lagerung der Welle des mitgenommenen Drehkörpers die Translationsschwingungen dieser Welle gemessen werden.
    3. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines steifelastischen Lagers für die Welle des mitgenommenen Drehkörpers ihr Lagerdruck mit Hilfe von druckempfindlichen Organen, z. B. Kohle, Quarz, vorzugsweise elektrisch gemessen wird.
    4. Verfahren nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägheitsmoment des mitgenommenen Drehkörpers bei kleiner Masse und kleinem Durchmesser möglichst groß ist.
    5. Verfahren nach Anspruch I bis 4 unter Verwendung einer fest auf der Prüflingswelle sitzenden besonderen Antriebsscheibe für den Drehkörper, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsscheibe einen möglichst großen Durchmesser besitzt.
    6. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Zungenfrequenzmesser mit einer im Gerät gelagerten, von außen antreibbaren und den Drehkörper (Scheibe) tragende Welle, wobei die Berührungstangente der Scheibe mit der Prüflingswelle bzw. mit einer auf dieser sitzenden Scheibe in Schwingungsrichtung der Zunge des Zungenfrequenzmessers verläuft.
    7. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Tastschwingungsschreiber (I) mit einem außen am (;eriit angeordneten zusätzlichen, um eine zur B@ Bewegungsrichtung der Tastspitze senkrechte Achse (5) schwenkbar gelagerten Winkelhebel (4), an dessen einem Schenkel der Drehkörper (7, Scheibe) gelagert ist und dessen anderer Schenkel gegen die Tastspitze (6) des Tastschwingungsschreibers liegt, wobei die Berührungstangente der Scheibe mit der Prüflingswelle bzw. mit einer auf dieser sitzenden Scheibe im wesentlichen snkrecht zur Bewegungsrichtung der Tastspitze des Tastschwingungsmessers verläuft.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebelanordnung mit dem Drehkörper als ell auf das Tastrohr (2) des Tastsch'vingungsschreilers (1) aufsteckbares Bauelement ausgebildet ist.
DE1949P0003605 1949-07-23 1949-07-23 Verfahren und Vorrichtung zum Messen von Drehschwingungen Expired DE831909C (de)

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