1. Einleitung

(Warum war es notwendig, dieses Werk zu schreiben?)

Eine Analyse der Verbrauchsstruktur der von der LLC "Kinematics" (Vibromera) hergestellten Auswuchtgeräte zeigt, dass etwa 301.030 Stück als stationäre Mess- und Rechensysteme für Auswuchtmaschinen und/oder -ständer eingesetzt werden. Es lassen sich zwei Kundengruppen für unsere Geräte identifizieren.

Zur ersten Gruppe gehören Unternehmen, die sich auf die Massenproduktion von Auswuchtmaschinen und deren Verkauf an externe Kunden spezialisiert haben. Diese Unternehmen beschäftigen hochqualifizierte Spezialisten mit fundierten Kenntnissen und umfassender Erfahrung in der Entwicklung, Herstellung und im Betrieb verschiedener Arten von Auswuchtmaschinen. Die Herausforderungen, die sich bei der Interaktion mit dieser Kundengruppe ergeben, stehen meist im Zusammenhang mit der Anpassung unserer Messsysteme und Software an bestehende oder neu entwickelte Maschinen, ohne dass dabei Fragen der strukturellen Ausführung angesprochen werden.

Die zweite Gruppe besteht aus Verbrauchern, die Maschinen (Ständer) für ihren eigenen Bedarf entwickeln und herstellen. Dieser Ansatz erklärt sich meist aus dem Wunsch unabhängiger Hersteller, ihre eigenen Produktionskosten zu senken, die in einigen Fällen um das Zwei- bis Dreifache oder mehr sinken können. Dieser Verbrauchergruppe fehlt es oft an Erfahrung im Bau von Maschinen und sie verlässt sich bei ihrer Arbeit auf den gesunden Menschenverstand, auf Informationen aus dem Internet und auf alle verfügbaren Analoga.

Der Umgang mit ihnen wirft viele Fragen auf, die neben zusätzlichen Informationen über die Messsysteme von Auswuchtmaschinen eine breite Palette von Themen im Zusammenhang mit der konstruktiven Ausführung der Maschinen, den Methoden ihrer Installation auf dem Fundament, der Auswahl der Antriebe und dem Erreichen einer angemessenen Auswuchtgenauigkeit usw. umfassen.

Angesichts des großen Interesses vieler unserer Kunden an der Frage der Eigenherstellung von Auswuchtmaschinen haben Spezialisten der LLC "Kinematics" (Vibromera) eine Zusammenstellung mit Kommentaren und Empfehlungen zu den am häufigsten gestellten Fragen erstellt.

2. Typen von Auswuchtmaschinen (Ständern) und ihre Konstruktionsmerkmale

Eine Auswuchtmaschine ist ein technisches Gerät zur Beseitigung statischer oder dynamischer Unwuchten von Rotoren für verschiedene Anwendungen. Sie verfügt über einen Mechanismus, der den ausgewuchteten Rotor auf eine vorgegebene Drehzahl beschleunigt, sowie über ein spezielles Mess- und Rechensystem, das die Massen und die Position der Korrekturgewichte bestimmt, die zur Kompensation der Rotorunwucht erforderlich sind.

Die mechanische Konstruktion der Maschine besteht typischerweise aus einem Grundrahmen, auf dem Lager montiert sind. Diese dienen zur Befestigung des ausgewuchteten Produkts (Rotor) und beinhalten einen Antrieb zum Drehen des Rotors. Während des Auswuchtvorgangs, der bei rotierendem Produkt durchgeführt wird, erfassen die Sensoren des Messsystems (deren Typ von der Maschinenkonstruktion abhängt) entweder Schwingungen oder Kräfte in den Lagern.

Anhand der so gewonnenen Daten lassen sich die Massen und Einbauorte der zum Ausgleich der Unwucht erforderlichen Ausgleichsgewichte bestimmen.

Derzeit sind zwei Arten von Auswuchtmaschinen (Ständer) am weitesten verbreitet:

• Soft-Bearing-Maschinen (mit flexiblen Stützen);
• Hartgelagerte Maschinen (mit starren Stützen).

2.1. Weich gelagerte Maschinen und Ständer

Das Hauptmerkmal der Soft Bearing-Auswuchtmaschinen (Ständer) besteht darin, dass sie über relativ flexible Lager verfügen, die auf der Grundlage von Federaufhängungen, gefederten Schlitten, flachen oder zylindrischen Federlagern usw. hergestellt werden. Die Eigenfrequenz dieser Aufhängungen ist mindestens 2-3 mal niedriger als die Rotationsfrequenz des darauf montierten ausgewuchteten Rotors. Ein klassisches Beispiel für die strukturelle Ausführung flexibler Weichlagerungen ist die Lagerung des Maschinenmodells DB-50, die in Abbildung 2.1 abgebildet ist.

Abbildung 2.1. Träger der Auswuchtmaschine Modell DB-50.

Wie in Abbildung 2.1 dargestellt, ist der bewegliche Rahmen (Läufer) 2 mit Hilfe einer Aufhängung an Bandfedern 3 an den stationären Pfosten 1 des Trägers befestigt. Unter dem Einfluss der Fliehkraft, die durch die Unwucht des auf dem Gestell installierten Rotors verursacht wird, kann der Schlitten (Schieber) 2 horizontale Schwingungen relativ zu den feststehenden Pfosten 1 ausführen, die mit einem Schwingungssensor gemessen werden.

Die strukturelle Ausführung dieses Trägers gewährleistet eine niedrige Eigenfrequenz der Schlittenschwingungen, die etwa 1-2 Hz betragen kann. Dies ermöglicht das Auswuchten des Rotors über einen breiten Bereich seiner Drehfrequenzen, beginnend bei 200 U/min. Diese Eigenschaft, zusammen mit der relativ einfachen Herstellung solcher Träger, macht diese Konstruktion für viele unserer Kunden, die Auswuchtmaschinen für ihre eigenen Bedürfnisse für verschiedene Zwecke herstellen, attraktiv.

Abbildung 2.2. Weiche Lagerstütze der Auswuchtmaschine, hergestellt von "Polymer LTD", Machatschkala

Abbildung 2.2 zeigt ein Foto einer Auswuchtmaschine für weiche Lager mit aus Federn gefertigten Stützen. Die Maschine wurde für den Eigenbedarf von "Polymer LTD" in Machatschkala hergestellt und dient zum Auswuchten von Walzen, die in der Polymerwerkstoffproduktion eingesetzt werden.

Abbildung 2.3 zeigt ein Foto einer Auswuchtmaschine mit einer ähnlichen Bandaufhängung für den Schlitten, die zum Auswuchten von Spezialwerkzeugen bestimmt ist.

Abbildungen 2.4.a und 2.4.b zeigen Fotos einer selbstgebauten Soft-Bearing-Maschine zum Auswuchten von Antriebswellen, deren Stützen ebenfalls aus Bandfedern gefertigt sind.

Abbildung 2.5 Das Foto zeigt eine Soft-Bearing-Maschine zum Auswuchten von Turboladern, deren Schlitten ebenfalls an Streifenfedern aufgehängt sind. Die Maschine, die für den Privatgebrauch von A. Shahgunyan (St. Petersburg) gefertigt wurde, ist mit dem Messsystem "Balanset 1" ausgestattet.

Nach Angaben des Herstellers (siehe Abb. 2.6) ist diese Maschine in der Lage, Turbinen mit einer Restunwucht von maximal 0,2 g*mm auszuwuchten.

Abbildung 2.3. Weichlagerungsmaschine zum Auswuchten von Werkzeugen mit Aufhängung an Bandfedern

Abbildung 2.4.a. Weichlagerungsmaschine zum Auswuchten von Antriebswellen (montierte Maschine)

Abbildung 2.4.b. Weichlagerungsmaschine zum Auswuchten von Antriebswellen mit an Bandfedern aufgehängten Schlittenstützen. (Führende Spindelstütze mit Federbandaufhängung)

Abbildung 2.5. Weichlagerungsmaschine zum Auswuchten von Turboladern mit Abstützungen auf Bandfedern, hergestellt von A. Shahgunyan (St. Petersburg)

Abbildung 2.6. Bildschirmfoto des Messsystems 'Balanset 1' mit den Ergebnissen der Turbinenrotorwuchtung an der Maschine von A. Shahgunyan.

Neben der oben beschriebenen klassischen Version der Soft Bearing Auswuchtmaschinenstützen haben sich auch andere konstruktive Lösungen durchgesetzt.

Abbildung 2.7 und 2.8 Die Abbildungen zeigen Auswuchtmaschinen für Antriebswellen, deren Lagerung auf Flachfedern basiert. Diese Maschinen wurden für den Eigenbedarf der Privatunternehmen "Dergacheva" bzw. der LLC "Tatcardan" ("Kinetics-M") gefertigt.

Auswuchtmaschinen mit weichen Lagern und solchen Halterungen werden aufgrund ihrer relativen Einfachheit und Herstellbarkeit häufig von Hobbyherstellern nachgebaut. Bei diesen Prototypen handelt es sich in der Regel entweder um Maschinen der VBRF-Serie von "K. Schenck" oder um ähnliche inländische Serienmaschinen.

Die in den Abbildungen 2.7 und 2.8 gezeigten Maschinen sind für das Auswuchten von zwei-, drei- und vierstieligen Antriebswellen ausgelegt. Sie haben eine ähnliche Konstruktion, einschließlich:

• ein geschweißtes Bettgestell 1, das aus zwei durch Querrippen verbundenen I-Trägern besteht;
• eine feststehende (vordere) Spindelhalterung 2;
• eine bewegliche (hintere) Spindelhalterung 3;
• eine oder zwei bewegliche (Zwischen-)Stützen 4. Die Stützen 2 und 3 nehmen die Spindeleinheiten 5 und 6 auf, die für die Montage der ausgewuchteten Antriebswelle 7 an der Maschine bestimmt sind.

Abbildung 2.7. Weichlagermaschine zum Auswuchten von Antriebswellen der Privatfirma "Dergacheva" mit Lagerung auf Flachfedern (Plattenfedern)

Abbildung 2.8. Weichlager-Auswuchtmaschine für Antriebswellen der Firma LLC "Tatcardan" ("Kinetics-M") mit Lagerung auf Flachfedern

An allen Trägern sind Schwingungssensoren 8 angebracht, die zur Messung der Querschwingungen der Träger dienen. Die an der Stütze 2 montierte Leitspindel 5 wird von einem Elektromotor über einen Riemenantrieb in Drehung versetzt.

Abbildungen 2.9.a und 2.9.b zeigen Fotos von der Halterung der Auswuchtmaschine, die auf Flachfedern basiert.

Abbildung 2.9. Weich gelagerte Auswuchtmaschinenstütze mit Flachfedern

• a) Seitenansicht;
• b) Vorderansicht

Da Amateurhersteller solche Stützen häufig in ihren Konstruktionen verwenden, ist es sinnvoll, die Merkmale ihrer Konstruktion näher zu untersuchen. Wie in Abbildung 2.9.a dargestellt, besteht diese Halterung aus drei Hauptkomponenten:

• Untere Stützplatte 1: Bei der vorderen Spindelabstützung ist die Platte starr mit den Führungen verbunden; bei Zwischenabstützungen oder hinteren Spindelabstützungen ist die untere Platte als Schlitten ausgeführt, der sich entlang der Rahmenführungen bewegen kann.
• Obere Stützplatte 2, auf denen die Trägereinheiten montiert sind (Rollenträger 4, Spindeln, Zwischenlager usw.).
• Zwei Flachfedern 3, die die untere und obere Lagerplatte verbindet.

Um das Risiko erhöhter Schwingungen der Stützen während des Betriebs zu vermeiden, die bei der Beschleunigung oder Abbremsung des ausgewuchteten Rotors auftreten können, können die Stützen einen Verriegelungsmechanismus aufweisen (siehe Abb. 2.9.b). Dieser Mechanismus besteht aus einem starren Bügel 5, in den ein mit einer der Flachfedern der Stütze verbundener Exzenterverschluss 6 eingreifen kann. Wenn die Verriegelung 6 und der Bügel 5 ineinander greifen, ist die Stütze verriegelt, wodurch die Gefahr erhöhter Schwingungen beim Beschleunigen und Abbremsen vermieden wird.

Bei der Konstruktion von Halterungen mit Flachfedern (Tellerfedern) muss der Maschinenhersteller die Frequenz ihrer Eigenschwingungen abschätzen, die von der Steifigkeit der Federn und der Masse des ausgewuchteten Rotors abhängt. Die Kenntnis dieses Parameters ermöglicht es dem Konstrukteur, den Bereich der Betriebsdrehfrequenzen des Rotors bewusst zu wählen, um die Gefahr von Resonanzschwingungen der Lager beim Auswuchten zu vermeiden.

Empfehlungen für die Berechnung und experimentelle Bestimmung der Eigenfrequenzen von Schwingungen der Stützen sowie anderer Komponenten von Auswuchtmaschinen werden in Abschnitt 3 erörtert.

Wie bereits erwähnt, ziehen die Einfachheit und die Herstellbarkeit der Konstruktion mit Flachfedern (Tellerfedern) Amateurentwickler von Auswuchtmaschinen für verschiedene Zwecke an, darunter Maschinen zum Auswuchten von Kurbelwellen, Turbolader-Rotoren usw.

Abbildungen 2.10.a und 2.10.b zeigen beispielsweise eine schematische Ansicht einer Maschine zum Auswuchten von Turboladerrotoren. Diese Maschine wurde von der Firma "SuraTurbo" LLC in Penza gefertigt und wird dort intern eingesetzt.

2.10.a. Maschine zum Auswuchten von Turbolader-Rotoren (Seitenansicht)

2.10.b. Maschine zum Auswuchten von Turbolader-Rotoren (Ansicht von der vorderen Stützseite)

Zusätzlich zu den bereits erwähnten Soft Bearing-Auswuchtmaschinen werden manchmal auch relativ einfache Soft Bearing-Ständer gebaut. Diese Ständer ermöglichen ein qualitativ hochwertiges Auswuchten von Rotationsmechanismen für verschiedene Zwecke bei minimalen Kosten.

Im Folgenden werden mehrere solcher Ständer beschrieben, die auf einer flachen Platte (oder einem Rahmen) basieren, die auf zylindrischen Druckfedern gelagert ist. Diese Federn werden üblicherweise so gewählt, dass die Eigenfrequenz der Schwingungen der Platte mit dem darauf montierten Auswuchtmechanismus zwei- bis dreimal niedriger ist als die Rotationsfrequenz des Rotors dieses Mechanismus während des Auswuchtens.

Abbildung 2.11 zeigt ein Foto eines Ständers zum Auswuchten von Schleifscheiben, der von P. Asharin für die eigene Produktion hergestellt wurde.

Abbildung 2.11. Ständer zum Auswuchten von Schleifscheiben

Der Stand besteht aus folgenden Hauptkomponenten:

• Tafel 1, montiert auf vier zylindrischen Federn 2;
• Elektromotor 3dessen Rotor gleichzeitig als Spindel dient, auf der ein Dorn 4 montiert ist, der zur Montage und Befestigung der Schleifscheibe auf der Spindel dient.

Ein wesentliches Merkmal dieses Prüfstands ist der Einbau eines Impulssensors 5 zur Messung des Drehwinkels des Rotors des Elektromotors. Dieser wird als Teil des Messsystems des Prüfstands ("Balanset 2C") verwendet, um die Winkelposition für die Entfernung der Korrekturmasse von der Schleifscheibe zu bestimmen.

Abbildung 2.12 Das Foto zeigt einen Ständer zum Auswuchten von Vakuumpumpen. Dieser Ständer wurde von der Firma JSC "Measurement Plant" im Auftrag entwickelt.

Abbildung 2.12. Ständer zum Auswuchten von Vakuumpumpen der Firma JSC "Measurement Plant""

Die Basis dieses Standes verwendet auch Tafel 1die auf zylindrischen Federn 2 gelagert sind. Auf der Platte 1 ist eine Vakuumpumpe 3 installiert, die über einen eigenen elektrischen Antrieb verfügt, der einen weiten Drehzahlbereich von 0 bis 60.000 U/min abdecken kann. Am Pumpengehäuse sind Schwingungssensoren 4 angebracht, mit denen die Schwingungen in zwei verschiedenen Abschnitten in unterschiedlichen Höhen gemessen werden.

Zur Synchronisierung des Schwingungsmessprozesses mit dem Drehwinkel des Pumpenrotors wird am Prüfstand ein Laser-Phasenwinkelsensor 5 eingesetzt. Trotz der scheinbar einfachen äußeren Konstruktion solcher Prüfstände ermöglicht dies eine sehr hohe Auswuchtung des Pumpenlaufrads.

Beispielsweise erfüllt die Restunwucht des Pumpenrotors bei unterkritischen Drehzahlen die Anforderungen der Auswuchtgüteklasse G0.16 gemäß ISO 1940-1-2007 "Schwingungen. Anforderungen an die Auswuchtgüte starrer Rotoren. Teil 1. Bestimmung der zulässigen Unwucht"."

Die Restschwingung des Pumpengehäuses, die während des Auswuchtens bei Drehzahlen bis zu 8.000 U/min erreicht wird, überschreitet nicht 0,01 mm/sec.

Die nach dem oben beschriebenen Schema hergestellten Auswuchtständer sind auch für das Auswuchten anderer Mechanismen, wie z. B. Ventilatoren, geeignet. Beispiele für Ständer zum Auswuchten von Ventilatoren sind in den Abbildungen 2.13 und 2.14 dargestellt.

Abbildung 2.13. Ständer zum Auswuchten von Ventilatorlaufrädern

Die auf solchen Prüfständen erzielte Qualität der Lüfterwuchtung ist sehr hoch. Laut den Spezialisten der Firma "Atlant-project" LLC betrug die Restschwingung bei der Lüfterwuchtung auf dem von ihnen nach Empfehlungen der Firma "Kinematics" LLC entwickelten Prüfstand (siehe Abb. 2.14) lediglich 0,8 mm/s. Dies ist mehr als dreimal besser als die Toleranz für Lüfter der Kategorie BV5 gemäß ISO 31350-2007 "Schwingungen. Industrielüfter. Anforderungen an die erzeugte Schwingungs- und Wuchtungsqualität"."

Abbildung 2.14. Ständer zum Auswuchten von Lüfterlaufrädern explosionsgeschützter Geräte der Firma "Atlant-project" LLC, Podolsk

Ähnliche Daten, die bei der JSC "Lissant Fan Factory" erhoben wurden, zeigen, dass solche Gestelle, die bei der Serienproduktion von Kanalventilatoren eingesetzt werden, stets eine Restschwingung von nicht mehr als 0,1 mm/s gewährleisten.

2.2. Hartgelagerte Maschinen

Hartlager-Auswuchtmaschinen unterscheiden sich von den zuvor besprochenen Weichlager-Auswuchtmaschinen durch die Konstruktion ihrer Halterungen. Ihre Stützen sind in Form von starren Platten mit komplizierten Schlitzen (Aussparungen) ausgeführt. Die Eigenfrequenzen dieser Lager liegen deutlich (mindestens 2-3 mal) über der maximalen Drehfrequenz des auf der Maschine ausgewuchteten Rotors.

Hartlager-Maschinen sind vielseitiger als Weichlager-Maschinen, da sie in der Regel ein hochwertiges Auswuchten von Rotoren über einen größeren Bereich ihrer Masse- und Abmessungsmerkmale ermöglichen. Ein wichtiger Vorteil dieser Maschinen ist auch, dass sie ein hochpräzises Auswuchten von Rotoren bei relativ niedrigen Drehzahlen ermöglichen, die im Bereich von 200-500 U/min und darunter liegen können.

Abbildung 2.15 Die Abbildung zeigt ein Foto einer typischen Hartlager-Auswuchtmaschine der Firma "K. Schenk". Daraus wird deutlich, dass die einzelnen, durch die komplexen Nuten gebildeten Teile der Halterung unterschiedliche Steifigkeiten aufweisen. Unter dem Einfluss der Unwuchtkräfte des Rotors kann dies zu Verformungen (Verschiebungen) einzelner Teile der Halterung relativ zu anderen führen. (In Abbildung 2.15 ist der steifere Teil der Halterung rot gestrichelt, der nachgiebigere blau dargestellt.).

Zur Messung der genannten relativen Verformungen können Hartlager-Maschinen entweder Kraftsensoren oder hochempfindliche Schwingungssensoren verschiedener Art, einschließlich berührungsloser Schwingungsweg-Sensoren, verwenden.

Abbildung 2.15. Auswuchtmaschine für harte Lager von "K. Schenk""

Wie die Analyse der Kundenanfragen für die Instrumente der "Balanset"-Serie zeigt, steigt das Interesse an der Herstellung von Hartlager-Auswuchtmaschinen für den Eigenbedarf kontinuierlich. Dies wird durch die weite Verbreitung von Werbeinformationen über die Konstruktionsmerkmale von Auswuchtmaschinen für den Eigenbedarf begünstigt, die von Hobbyherstellern als Vorbilder (oder Prototypen) für ihre eigenen Entwicklungen genutzt werden.

Betrachten wir einige Varianten von Hartlagermaschinen, die für den Eigenbedarf einer Reihe von Abnehmern der Instrumente der Serie "Balanset" hergestellt wurden.

Abbildungen 2.16.a - 2.16.d Die Abbildungen zeigen eine Hartlager-Auswuchtmaschine zum Auswuchten von Antriebswellen, hergestellt von N. Obyedkov (Magnitogorsk). Wie in Abb. 2.16.a dargestellt, besteht die Maschine aus einem starren Rahmen 1, auf dem die Lager 2 (zwei Spindeln und zwei Zwischenlager) montiert sind. Die Hauptspindel 3 wird über einen Riemenantrieb von einem Asynchronmotor 4 angetrieben. Ein Frequenzumrichter 6 regelt die Drehzahl des Elektromotors 4. Die Maschine ist mit dem Mess- und Rechensystem "Balanset 4" 5 ausgestattet, das eine Messeinheit, einen Computer, vier Kraftsensoren und einen Phasenwinkelsensor umfasst (Sensoren nicht in Abb. 2.16.a dargestellt).

Abbildung 2.16.a. Hartlagerungsmaschine zum Auswuchten von Antriebswellen, hergestellt von N. Obyedkov (Magnitogorsk)

Abbildung 2.16.b zeigt eine Fotografie des vorderen Trägers der Maschine mit der Leitspindel 3, die, wie bereits erwähnt, über einen Riemenantrieb von einem Asynchron-Elektromotor 4 angetrieben wird. Dieser Träger ist starr auf dem Rahmen montiert.

Abbildung 2.16.b. Vordere (vordere) Spindelabstützung.

Abbildung 2.16.c zeigt ein Foto von einem der beiden beweglichen Zwischenträger der Maschine. Dieser Träger ruht auf Gleitschienen 7, die seine Längsbewegung entlang der Rahmenführungen ermöglichen. Dieser Träger enthält eine spezielle Vorrichtung 8, die für den Einbau und die Einstellung der Höhe des Zwischenlagers der ausgewuchteten Antriebswelle bestimmt ist.

Abbildung 2.16.c. Beweglicher Zwischenträger der Maschine

Abbildung 2.16.d zeigt ein Foto der hinteren (angetriebenen) Spindelhalterung, die, wie die Zwischenhalterungen, eine Bewegung entlang der Führungen des Maschinenrahmens ermöglicht.

Abbildung 2.16.d. Hintere (angetriebene) Spindelhalterung.

Bei allen oben beschriebenen Stützen handelt es sich um vertikale Platten, die auf flachen Sockeln montiert sind. Die Platten weisen T-förmige Schlitze auf (siehe Abb. 2.16.d), die den Träger in einen inneren Teil 9 (steifer) und einen äußeren Teil 10 (weniger steif) unterteilen. Die unterschiedliche Steifigkeit der inneren und äußeren Teile des Trägers kann zu einer relativen Verformung dieser Teile unter den Unwuchtkräften des ausgewuchteten Rotors führen.

Kraftsensoren werden in der Regel zur Messung der relativen Verformung der Träger in selbstgebauten Maschinen verwendet. Ein Beispiel für die Installation eines Kraftsensors an einem Träger für eine Hartlager-Auswuchtmaschine ist in Abbildung 2.16.e dargestellt. Wie in dieser Abbildung zu sehen ist, wird der Kraftsensor 11 durch einen Bolzen 12, der durch eine Gewindebohrung im äußeren Teil des Trägers verläuft, gegen die Seitenfläche des inneren Teils des Trägers gedrückt.

Um einen gleichmäßigen Druck des Bolzens 12 über die gesamte Fläche des Kraftsensors 11 zu gewährleisten, wird eine flache Unterlegscheibe 13 zwischen ihm und dem Sensor angebracht.

Abbildung 2.16.d. Beispiel für die Installation eines Kraftsensors an einem Träger.

Während des Maschinenbetriebs wirken die Unwuchtkräfte des ausgewuchteten Rotors über die Lagereinheiten (Spindeln oder Zwischenlager) auf den äußeren Teil der Lagerung. Dieser beginnt sich relativ zu seinem inneren Teil mit der Rotationsfrequenz des Rotors zyklisch zu bewegen (zu verformen). Dadurch wirkt eine variable Kraft auf Sensor 11, die proportional zur Unwuchtkraft ist. Unter deren Einfluss wird am Ausgang des Kraftsensors ein elektrisches Signal erzeugt, das proportional zur Größe der Rotorunwucht ist.

Die Signale von Kraftsensoren, die an allen Stützen angebracht sind, werden in das Mess- und Rechensystem der Maschine eingespeist, wo sie zur Bestimmung der Parameter der Korrekturgewichte verwendet werden.

Abbildung 2.17.a. Das Bild zeigt eine hochspezialisierte Hartlager-Auswuchtmaschine, die zum Auswuchten von Schraubenwellen verwendet wird. Diese Maschine wurde für den Eigengebrauch bei der GmbH "Ufatverdosplav" gefertigt.

Wie in der Abbildung zu sehen ist, hat der Schleudermechanismus der Maschine eine vereinfachte Konstruktion, die aus den folgenden Hauptkomponenten besteht:

• Geschweißter Rahmen 1und dient als Bett;
• Zwei feste Stützen 2starr mit dem Rahmen verbunden;
• Elektromotor 3die über einen Riementrieb 4 die gewuchtete Welle (Schnecke) 5 antreibt.

Abbildung 2.17.a. Hartlager-Auswuchtmaschine für Schraubenwellen, hergestellt von der GmbH "Ufatverdosplav""

Die Stützen 2 der Maschine sind vertikal angebrachte Stahlplatten mit T-förmigen Schlitzen. Am oberen Ende jeder Stütze befinden sich wälzgelagerte Stützrollen, auf denen die ausgewuchtete Welle 5 rotiert.

Zur Messung der durch die Rotorunwucht verursachten Verformung der Lager werden Kraftsensoren 6 (siehe Abb. 2.17.b) eingesetzt, die in den Nuten der Lager installiert sind. Diese Sensoren sind mit dem Gerät "Balanset 1" verbunden, das an dieser Maschine als Mess- und Rechensystem dient.

Trotz der relativen Einfachheit des Anlaufmechanismus der Maschine ermöglicht dieser eine ausreichend hohe Auswuchtung der Schrauben, die, wie in Abb. 2.17.a. zu sehen ist, eine komplexe spiralförmige Oberfläche aufweisen.

Laut LLC "Ufatverdosplav" wurde die anfängliche Unwucht der Schraube bei dieser Maschine während des Auswuchtprozesses um fast das 50-fache reduziert.

Abbildung 2.17.b. Hartgelagerte Maschinenstütze zum Auswuchten von Gewindespindeln mit Kraftsensor

Die erreichte Restunwucht betrug 3552 g*mm (19,2 g bei einem Radius von 185 mm) in der ersten Ebene der Schraube und 2220 g*mm (12,0 g bei einem Radius von 185 mm) in der zweiten Ebene. Für einen Rotor mit einem Gewicht von 500 kg und einer Drehzahl von 3500 U/min entspricht diese Unwucht der Klasse G6.3 gemäß ISO 1940-1-2007 und erfüllt somit die Anforderungen der zugehörigen technischen Dokumentation.

Ein origineller Entwurf (siehe Abb. 2.18), der die gleichzeitige Montage von Halterungen für zwei Hartlager-Auswuchtmaschinen unterschiedlicher Größe auf einem einzigen Sockel vorsieht, wurde von S. V. Morozov vorgeschlagen. Zu den offensichtlichen Vorteilen dieser technischen Lösung, die eine Minimierung der Produktionskosten des Herstellers ermöglicht, gehören:

• Einsparung von Produktionsfläche;
• Verwendung eines Elektromotors mit Frequenzumrichter für den Betrieb von zwei verschiedenen Maschinen;
• Verwendung eines Messsystems zur Bedienung von zwei verschiedenen Maschinen.

Abbildung 2.18. Auswuchtmaschine mit Hartlager ("Tandem"), hergestellt von SV Morozov

3. Anforderungen an die Konstruktion von Grundeinheiten und Mechanismen von Auswuchtmaschinen

3.1. Lager

3.1.1. Theoretische Grundlagen der Lagerkonstruktion

Im vorangegangenen Abschnitt wurden die wichtigsten Konstruktionsausführungen von Weich- und Hartlagern für Auswuchtmaschinen detailliert erläutert. Ein entscheidender Parameter, den Konstrukteure bei der Auslegung und Fertigung dieser Lager berücksichtigen müssen, sind deren Eigenfrequenzen. Dies ist wichtig, da für die Berechnung der Parameter der Ausgleichsgewichte durch die Mess- und Rechensysteme der Maschine nicht nur die Schwingungsamplitude (zyklische Verformung) der Lager, sondern auch die Schwingungsphase gemessen werden muss.

Wenn die Eigenfrequenz einer Lagerung mit der Rotationsfrequenz des ausgewuchteten Rotors übereinstimmt (Lagerresonanz), ist eine genaue Messung von Amplitude und Phase der Schwingung praktisch unmöglich. Dies wird in den Diagrammen deutlich, die die Änderungen von Amplitude und Phase der Lagerungsschwingungen in Abhängigkeit von der Rotationsfrequenz des ausgewuchteten Rotors zeigen (siehe Abb. 3.1).

Aus diesen Diagrammen geht hervor, dass bei Annäherung der Drehfrequenz des ausgewuchteten Rotors an die Eigenfrequenz der Lagerschwingungen (d. h. wenn das Verhältnis fp/fo nahe bei 1 liegt) ein deutlicher Anstieg der Amplitude im Zusammenhang mit den Resonanzschwingungen des Lagers zu verzeichnen ist (siehe Abb. 3.1.a). Gleichzeitig zeigt das Schaubild 3.1.b, dass im Resonanzbereich eine starke Änderung des Phasenwinkels ∆F° auftritt, der bis zu 180° betragen kann.

Mit anderen Worten: Beim Auswuchten eines beliebigen Mechanismus im Resonanzbereich können selbst kleine Änderungen seiner Drehfrequenz zu einer erheblichen Instabilität der Messergebnisse von Amplitude und Phase seiner Schwingung führen, was zu Fehlern bei der Berechnung der Parameter der Ausgleichsgewichte führt und die Qualität des Auswuchtens negativ beeinflusst.

Die obigen Diagramme bestätigen frühere Empfehlungen, dass bei Maschinen mit harten Lagern die obere Grenze der Betriebsfrequenzen des Rotors mindestens 2-3 Mal niedriger sein sollte als die Eigenfrequenz der Lagerung, f₀. Bei Maschinen mit weichen Lagern sollte die untere Grenze der zulässigen Betriebsfrequenzen des ausgewuchteten Rotors mindestens 2-3 Mal höher sein als die Eigenfrequenz der Lagerung.

Abbildung 3.1. Diagramme, die die Änderungen der relativen Amplitude und der Phase der Schwingungen des Trägers der Auswuchtmaschine in Abhängigkeit von der Änderung der Drehfrequenz zeigen.

• Ад - Amplitude der dynamischen Schwingungen des Trägers;
• e = m*r / M - Spezifische Unwucht des ausgewuchteten Rotors;
• m - Unausgewogene Masse des Rotors;
• M - Masse des Rotors;
• r - Radius, in dem sich die Unwuchtmasse auf dem Rotor befindet;
• fp - Rotationsfrequenz des Rotors;
• für - Eigenfrequenz der Schwingungen des Trägers

Aufgrund der dargestellten Informationen wird der Betrieb der Maschine im Resonanzbereich ihrer Lager (in Abb. 3.1 rot hervorgehoben) nicht empfohlen. Die in Abb. 3.1 dargestellten Diagramme zeigen auch, dass bei gleichen Unwuchten des Rotors die tatsächlichen Schwingungen der Soft Bearing-Maschinenstützen deutlich geringer sind als die an den Soft Bearing-Maschinenstützen auftretenden.

Daraus folgt, dass Sensoren zur Messung der Schwingungen von Stützen in Hartlager-Maschinen eine höhere Empfindlichkeit haben müssen als in Weichlager-Maschinen. Diese Schlussfolgerung wird durch die Praxis des Einsatzes von Sensoren gestützt, die zeigt, dass absolute Schwingungssensoren (Vibro-Beschleunigungsmesser und/oder Vibro-Geschwindigkeitssensoren), die erfolgreich in Auswuchtmaschinen mit weichen Lagern eingesetzt werden, oft nicht die erforderliche Auswuchtqualität in Maschinen mit harten Lagern erreichen.

Bei diesen Maschinen empfiehlt sich der Einsatz von relativen Schwingungssensoren, wie z. B. Kraftsensoren oder hochempfindliche Wegsensoren.

3.1.2. Abschätzung der Eigenfrequenzen von Stützen mit Hilfe von Berechnungsmethoden

Ein Konstrukteur kann mit Hilfe der Formel 3.1 eine annähernde (schätzende) Berechnung der Eigenfrequenz einer Stütze fo durchführen, indem er sie vereinfachend als ein schwingendes System mit einem Freiheitsgrad betrachtet, das (siehe Abb. 2.19.a) durch eine Masse M dargestellt wird, die auf einer Feder mit der Steifigkeit K schwingt.

Die Masse M, die in der Berechnung für einen symmetrischen Rotor mit Zwischenlagern verwendet wird, kann durch Formel 3.2 angenähert werden.

wobei Mo​ die Masse des beweglichen Teils der Halterung in kg ist; Mr​ die Masse des ausgewuchteten Rotors in kg ist; n die Anzahl der an der Auswuchtung beteiligten Maschinenhalterungen ist.

Die Steifigkeit K des Auflagers wird nach Formel 3.3 auf der Grundlage der Ergebnisse experimenteller Untersuchungen berechnet, bei denen die Verformung ΔL des Auflagers gemessen wird, wenn es mit einer statischen Kraft P belastet wird (siehe Abb. 3.2.a und 3.2.b).

wobei ΔL die Verformung der Stütze in Metern ist; P ist die statische Kraft in Newton.

Die Größe der Belastungskraft P kann mit einem Kraftmessgerät (z. B. einem Dynamometer) gemessen werden. Die Verschiebung des Trägers ΔL wird mit einem Gerät zur Messung linearer Verschiebungen (z. B. einer Messuhr) bestimmt.

3.1.3. Experimentelle Methoden zur Bestimmung der Eigenfrequenzen von Stützen

Da die oben beschriebene Berechnung der Eigenfrequenzen von Lagern mit einer vereinfachten Methode zu erheblichen Fehlern führen kann, bevorzugen die meisten Hobbyentwickler die experimentelle Bestimmung dieser Parameter. Hierfür nutzen sie die Möglichkeiten moderner Schwingungsmesssysteme von Auswuchtmaschinen, darunter die Geräte der "Balanset"-Serie.

3.1.3.1. Bestimmung der Eigenfrequenzen von Auflagern durch die Methode der Stoßerregung

Die Methode der Stoßerregung ist die einfachste und gebräuchlichste Methode zur Bestimmung der Eigenfrequenz von Schwingungen eines Trägers oder eines anderen Maschinenteils. Sie beruht auf der Tatsache, dass ein beliebiges Objekt, wie z. B. eine Glocke (siehe Abb. 3.3), bei einer Stoßanregung eine allmählich abklingende Schwingungsantwort zeigt. Die Frequenz des Schwingungssignals wird durch die strukturellen Eigenschaften des Objekts bestimmt und entspricht der Frequenz seiner Eigenschwingungen. Für die Stoßerregung von Schwingungen kann ein beliebiges schweres Werkzeug verwendet werden, wie z. B. ein Gummihammer oder ein normaler Holzhammer.

Abbildung 3.3. Diagramm der Stoßerregung zur Bestimmung der Eigenfrequenzen eines Objekts

Die Masse des Hammers sollte etwa 10% der Masse des zu erregenden Objekts betragen. Zur Erfassung der Schwingungsantwort sollte ein Schwingungssensor auf dem zu untersuchenden Objekt angebracht werden, dessen Messachse mit der Richtung der Schlaganregung ausgerichtet ist. In einigen Fällen kann ein Mikrofon eines Geräuschmessgeräts als Sensor verwendet werden, um die Schwingungsantwort des Objekts zu erfassen.

Die Schwingungen des Objekts werden vom Sensor in ein elektrisches Signal umgewandelt und anschließend an ein Messgerät, beispielsweise den Eingang eines Spektrumanalysators, weitergeleitet. Dieses Gerät erfasst den zeitlichen Verlauf und das Spektrum des abklingenden Schwingungsprozesses (siehe Abb. 3.4). Die Analyse dieser Daten ermöglicht die Bestimmung der Frequenz(en) der Eigenschwingungen des Objekts.

Abbildung 3.5. Programmoberfläche mit Zeitfunktionsdiagrammen und Spektrum der abklingenden Stoßschwingungen der untersuchten Struktur

Die Analyse des in Abbildung 3.5 dargestellten Spektrumsdiagramms (siehe unterer Teil des Arbeitsfensters) zeigt, dass die Hauptkomponente der Eigenschwingungen der untersuchten Struktur, die mit Bezug auf die Abszissenachse des Diagramms bestimmt wurde, bei einer Frequenz von 9,5 Hz auftritt. Diese Methode kann für Untersuchungen der Eigenschwingungen sowohl von weich- als auch von hartgelagerten Auswuchtmaschinenstützen empfohlen werden.

3.1.3.2. Bestimmung der Eigenfrequenzen von Stützen im Nachlaufbetrieb

In einigen Fällen lassen sich die Eigenfrequenzen von Lagern durch zyklische Messung der Amplitude und Phase der Schwingung im Leerlauf bestimmen. Bei dieser Methode wird der an der untersuchten Maschine installierte Rotor zunächst auf seine maximale Drehzahl beschleunigt, anschließend wird sein Antrieb getrennt, und die Frequenz der Störkraft, die mit der Unwucht des Rotors verbunden ist, nimmt allmählich vom Maximum bis zum Stillstand ab.

In diesem Fall können die Eigenfrequenzen der Auflager durch zwei Merkmale bestimmt werden:

• Durch einen lokalen Sprung in der Schwingungsamplitude, der in den Resonanzbereichen beobachtet wird;
• Durch eine starke Änderung (bis zu 180°) der Schwingungsphase, die im Bereich des Amplitudensprungs beobachtet wird.

Bei den Geräten der Serie "Balanset" kann der Modus "Vibrometer" ("Balanset 1") oder der Modus "Auswuchten und Überwachen" ("Balanset 2C" und "Balanset 4") verwendet werden, um die Eigenfrequenzen von Objekten "an der Küste" zu erfassen und so zyklische Messungen von Amplitude und Phase der Schwingung bei der Rotationsfrequenz des Rotors zu ermöglichen.

Darüber hinaus beinhaltet die Software "Balanset 1" zusätzlich einen speziellen Modus "Graphs. Coasting", der es ermöglicht, Diagramme der Änderungen in Amplitude und Phase der Stützschwingungen beim Gleiten in Abhängigkeit von der sich ändernden Rotationsfrequenz zu erstellen, was den Prozess der Resonanzdiagnose erheblich erleichtert.

Aus offensichtlichen Gründen (siehe Abschnitt 3.1.1) kann die Methode zur Ermittlung der Eigenfrequenzen von Auflagern an der Küste nur bei der Untersuchung von Auswuchtmaschinen mit weichen Lagern verwendet werden, bei denen die Arbeitsfrequenzen der Rotordrehung die Eigenfrequenzen der Auflager in Querrichtung deutlich überschreiten.

Bei hartgelagerten Maschinen, bei denen die Arbeitsfrequenzen der Rotordrehung, die die Schwingungen der Lager an der Küste anregen, deutlich unter den Eigenfrequenzen der Lager liegen, ist die Anwendung dieser Methode praktisch unmöglich.

3.1.4. Praktische Empfehlungen für die Konstruktion und Fertigung von Halterungen für Auswuchtmaschinen

3.1.2. Berechnung der Eigenfrequenzen von Auflagern durch rechnerische Methoden

Die Berechnung der Eigenfrequenzen von Auflagern nach dem oben beschriebenen Berechnungsschema kann in zwei Richtungen erfolgen:

• In der Querrichtung der Stützen, die mit der Messrichtung ihrer durch die Unwuchtkräfte des Rotors verursachten Schwingungen übereinstimmt;
• In axialer Richtung, die mit der Drehachse des auf den Maschinenträgern montierten ausgewuchteten Rotors übereinstimmt.

Die Berechnung der Eigenfrequenzen von Lagern in vertikaler Richtung erfordert ein komplexeres Berechnungsverfahren, das neben den Parametern des Lagers und des ausgewuchteten Rotors auch die Parameter des Rahmens und die Besonderheiten der Maschinenmontage auf dem Fundament berücksichtigt. Dieses Verfahren wird in dieser Publikation nicht behandelt. Die Analyse von Formel 3.1 ermöglicht einige einfache Empfehlungen, die Maschinenkonstrukteure in ihrer praktischen Arbeit beachten sollten. Insbesondere kann die Eigenfrequenz eines Lagers durch Änderung seiner Steifigkeit und/oder Masse beeinflusst werden. Eine Erhöhung der Steifigkeit steigert die Eigenfrequenz des Lagers, während eine Erhöhung der Masse sie verringert. Diese Änderungen verhalten sich nichtlinear und umgekehrt proportional zueinander. Beispielsweise erhöht eine Verdopplung der Lagersteifigkeit die Eigenfrequenz nur um den Faktor 1,4. Ebenso verringert eine Verdopplung der Masse des beweglichen Teils des Lagers die Eigenfrequenz nur um den Faktor 1,4.

3.1.4.1. Weich gelagerte Maschinen mit Flachplattenfedern

Verschiedene Konstruktionsvarianten von Auswuchtmaschinenhalterungen mit Flachfedern wurden bereits in Abschnitt 2.1 besprochen und in den Abbildungen 2.7 bis 2.9 dargestellt. Unseren Informationen zufolge werden solche Konstruktionen am häufigsten in Maschinen zum Auswuchten von Antriebswellen eingesetzt.

Betrachten wir beispielsweise die Federparameter, die einer unserer Kunden (LLC "Rost-Service", St. Petersburg) bei der Fertigung seiner Maschinenlager verwendet. Diese Maschine diente zum Auswuchten von 2-, 3- und 4-fach gelagerten Antriebswellen mit einer Masse von maximal 200 kg. Die vom Kunden gewählten geometrischen Abmessungen der Federn (Höhe × Breite × Dicke) für die Lager der Antriebs- und Abtriebsspindel betrugen jeweils 300 × 200 × 3 mm.

Die experimentell mittels Impulsanregung und dem Standardmesssystem der "Balanset 4"-Maschine ermittelte Eigenfrequenz der unbelasteten Lagerung betrug 11–12 Hz. Bei dieser Eigenfrequenz der Lagerungsschwingungen sollte die empfohlene Drehzahl des ausgewuchteten Rotors während des Auswuchtens nicht unter 22–24 Hz (1320–1440 U/min) liegen.

Die geometrischen Abmessungen der vom selben Hersteller an den Zwischenstützen verwendeten Flachfedern betrugen jeweils 200 × 200 × 3 mm. Darüber hinaus zeigten die Untersuchungen, dass die Eigenfrequenzen dieser Stützen höher waren und 13–14 Hz erreichten.

Aufgrund der Testergebnisse wurde den Maschinenherstellern empfohlen, die Eigenfrequenzen der Spindel und der Zwischenlager anzugleichen. Dies sollte die Auswahl des Betriebsfrequenzbereichs der Antriebswellen beim Auswuchten erleichtern und mögliche Instabilitäten der Messwerte des Messsystems vermeiden, die durch das Eindringen der Lager in den Resonanzbereich entstehen können.

Die Methoden zur Anpassung der Eigenfrequenzen der Schwingungen von Stützen auf Flachfedern liegen auf der Hand. Diese Anpassung kann durch eine Änderung der geometrischen Abmessungen oder der Form der Flachfedern erreicht werden, z. B. durch das Fräsen von Längs- oder Querschlitzen, die ihre Steifigkeit verringern.

Wie bereits erwähnt, können die Ergebnisse einer solchen Anpassung überprüft werden, indem die Eigenfrequenzen der Schwingungen der Auflager mit den in den Abschnitten 3.1.3.1 und 3.1.3.2 beschriebenen Methoden ermittelt werden.

Abbildung 3.6 stellt eine klassische Version der Halterung auf Flachfedern vor, die in einer der Maschinen von A. Sinitsyn verwendet wurde. Wie in der Abbildung dargestellt, umfasst die Stütze die folgenden Komponenten:

• Obere Platte 1;
• Zwei Flachfedern 2 und 3;
• Untere Platte 4;
• Anschlagwinkel 5.

Abbildung 3.6. Bemessungsvariante einer Lagerung auf Flachfedern

Die obere Platte 1 des Trägers kann zur Befestigung der Spindel oder eines Zwischenlagers verwendet werden. Je nach Verwendungszweck des Trägers kann die untere Platte 4 starr an den Führungen der Maschine befestigt oder auf beweglichen Schlitten montiert werden, so dass sich der Träger entlang der Führungen bewegen kann. An der Halterung 5 wird ein Verriegelungsmechanismus für die Halterung angebracht, der es ermöglicht, die Halterung während der Beschleunigung und Verzögerung des ausgewuchteten Rotors sicher zu fixieren.

Flachfedern für die Lagerung von Weichlagermaschinen sollten aus Blattfederstahl oder hochwertigem legiertem Stahl gefertigt sein. Die Verwendung von gewöhnlichen Baustählen mit niedriger Streckgrenze ist nicht ratsam, da diese unter statischer und dynamischer Belastung im Betrieb bleibende Verformungen entwickeln können, was zu einer Verringerung der geometrischen Genauigkeit der Maschine und sogar zum Verlust der Lagerstabilität führen kann.

Bei Maschinen mit einer ausgewuchteten Rotormasse von maximal 300–500 kg kann die Dicke der Stütze auf 30–40 mm erhöht werden. Bei Maschinen zum Auswuchten von Rotoren mit maximalen Massen von 1000–3000 kg kann die Stütze sogar 50–60 mm oder mehr dick sein. Wie die Analyse der dynamischen Eigenschaften der genannten Stützen zeigt, liegen ihre Eigenfrequenzen, gemessen in der Querebene (der Ebene der Messung der relativen Verformungen der flexiblen und starren Teile), üblicherweise über 100 Hz. Die Eigenfrequenzen der Hartlagerstützen in der Frontalebene, gemessen in Richtung der Rotationsachse des ausgewuchteten Rotors, sind in der Regel deutlich niedriger. Diese Frequenzen sind bei der Bestimmung der oberen Grenze des Betriebsfrequenzbereichs für die auf der Maschine ausgewuchteten Rotoren vorrangig zu berücksichtigen. Wie bereits erwähnt, kann die Bestimmung dieser Frequenzen mit dem in Abschnitt 3.1 beschriebenen Impulsanregungsverfahren erfolgen.

Abbildung 3.7. Maschine zum Auswuchten von Elektromotor-Rotoren, zusammengebaut, entwickelt von A. Mokhov.

Abbildung 3.8. Maschine zum Auswuchten von Turbopumpenrotoren, entwickelt von G. Glazov (Bishkek)

3.1.4.2. Weich gelagerte Maschinenstützen mit Aufhängung an Bandfedern

Bei der Auslegung von Bandfedern für tragende Aufhängungen ist auf die Wahl der Dicke und Breite des Federbandes zu achten, das einerseits der statischen und dynamischen Belastung des Rotors auf der Aufhängung standhalten muss und andererseits die Möglichkeit von Torsionsschwingungen der tragenden Aufhängung, die sich als Axialschlag äußern, verhindern muss.

Beispiele für die strukturelle Umsetzung von Auswuchtmaschinen mit Streifenfederaufhängung sind in den Abbildungen 2.1 - 2.5 (siehe Abschnitt 2.1) sowie in den Abbildungen 3.7 und 3.8 dieses Abschnitts dargestellt.

3.1.4.4. Harte Lagerstützen für Maschinen

Wie unsere langjährige Erfahrung mit Kunden zeigt, bevorzugen viele Hersteller von Eigenbau-Auswuchtmaschinen in letzter Zeit Maschinen mit starren Lagern und steifen Stützen. In Abschnitt 2.2 zeigen die Abbildungen 2.16 bis 2.18 Fotos verschiedener Konstruktionen von Maschinen mit solchen Stützen. Eine typische Skizze einer starren Stütze, die einer unserer Kunden für seine Maschinenkonstruktion entwickelt hat, ist in Abb. 3.10 dargestellt. Diese Stütze besteht aus einer flachen Stahlplatte mit einer P-förmigen Nut, die die Stütze üblicherweise in einen "starren" und einen "flexiblen" Teil unterteilt. Unter dem Einfluss einer Unwuchtkraft kann sich der "flexible" Teil der Stütze relativ zum "starren" Teil verformen. Das Ausmaß dieser Verformung, das von der Dicke der Stütze, der Tiefe der Nuten und der Breite des Stegs zwischen dem "flexiblen" und dem "starren" Teil abhängt, kann mithilfe geeigneter Sensoren des Messsystems der Maschine erfasst werden. Da es keine Methode zur Berechnung der Quersteifigkeit solcher Stützen gibt, bei der die Tiefe h der P-förmigen Nut, die Breite t der Brücke sowie die Dicke r der Stütze berücksichtigt werden (siehe Abb. 3.10), werden diese Konstruktionsparameter typischerweise von den Entwicklern experimentell ermittelt.

Bei Maschinen mit einer ausgewuchteten Rotormasse von maximal 300–500 kg kann die Dicke der Stütze auf 30–40 mm erhöht werden. Bei Maschinen zum Auswuchten von Rotoren mit maximalen Massen von 1000–3000 kg kann die Stütze sogar 50–60 mm oder mehr dick sein. Wie die Analyse der dynamischen Eigenschaften der genannten Stützen zeigt, liegen ihre Eigenfrequenzen, gemessen in der Querebene (der Ebene der Messung der relativen Verformungen der flexiblen und starren Teile), üblicherweise über 100 Hz. Die Eigenfrequenzen der Hartlagerstützen in der Frontalebene, gemessen in Richtung der Rotationsachse des ausgewuchteten Rotors, sind in der Regel deutlich niedriger. Diese Frequenzen sind bei der Bestimmung der oberen Grenze des Betriebsfrequenzbereichs für die auf der Maschine ausgewuchteten Rotoren vorrangig zu berücksichtigen.

Abbildung 3.26. Beispiel für die Verwendung eines gebrauchten Drehbankbettes zur Herstellung einer Hartlager-Maschine zum Auswuchten von Schnecken.

Abbildung 3.27. Beispiel für die Verwendung eines gebrauchten Drehbankbettes zur Herstellung einer Weichlagerungsmaschine zum Auswuchten von Wellen.

Abbildung 3.28. Beispiel für die Herstellung eines zusammengesetzten Bettes aus Rinnen

Abbildung 3.29. Beispiel für die Herstellung eines geschweißten Bettes aus Kanälen

Abbildung 3.30. Beispiel für die Herstellung eines geschweißten Bettes aus Kanälen

Abbildung 3.31. Beispiel für ein Auswuchtmaschinenbett aus Polymerbeton

Üblicherweise wird bei der Herstellung solcher Betten deren Oberseite mit Stahleinsätzen verstärkt, die als Führungen für die Stützfüße der Auswuchtmaschine dienen. In letzter Zeit haben sich Betten aus Polymerbeton mit schwingungsdämpfenden Beschichtungen weit verbreitet. Diese Technologie zur Bettenherstellung ist online gut beschrieben und lässt sich von Heimwerkern leicht umsetzen. Aufgrund der relativen Einfachheit und der geringen Produktionskosten bieten diese Betten gegenüber ihren Pendants aus Metall einige entscheidende Vorteile:

• Höherer Dämpfungskoeffizient für Vibrationsschwingungen;
• Geringere Wärmeleitfähigkeit, die eine minimale thermische Verformung des Bettes gewährleistet;
• Höhere Korrosionsbeständigkeit;
• Abwesenheit von inneren Spannungen.

3.1.4.3. Weich gelagerte Maschinenstützen mit zylindrischen Federn

Ein Beispiel für eine Auswuchtmaschine mit Soft Bearing, bei der zylindrische Druckfedern für die Konstruktion der Lager verwendet werden, ist in Abbildung 3.9 dargestellt. Der größte Nachteil dieser Konstruktionslösung ist die unterschiedlich starke Verformung der Federn in den vorderen und hinteren Lagern, die auftritt, wenn die Lasten auf den Lagern beim Auswuchten asymmetrischer Rotoren ungleich sind. Dies führt natürlich zu einem Versatz der Stützen und einer Schiefstellung der Rotorachse in der vertikalen Ebene. Eine der negativen Folgen dieses Fehlers kann das Auftreten von Kräften sein, die eine axiale Verschiebung des Rotors während der Rotation bewirken.

Abb. 3.9. Konstruktionsvariante der weichen Lagerung für Auswuchtmaschinen mit Zylinderfedern.

3.1.4.4. Harte Lagerstützen für Maschinen

Wie unsere langjährige Erfahrung mit Kunden zeigt, bevorzugen viele Hersteller von Eigenbau-Auswuchtmaschinen in letzter Zeit Maschinen mit starren Lagern und steifen Stützen. In Abschnitt 2.2 zeigen die Abbildungen 2.16 bis 2.18 Fotos verschiedener Konstruktionen von Maschinen mit solchen Stützen. Eine typische Skizze einer starren Stütze, die einer unserer Kunden für seine Maschinenkonstruktion entwickelt hat, ist in Abb. 3.10 dargestellt. Diese Stütze besteht aus einer flachen Stahlplatte mit einer P-förmigen Nut, die die Stütze üblicherweise in einen "starren" und einen "flexiblen" Teil unterteilt. Unter dem Einfluss einer Unwuchtkraft kann sich der "flexible" Teil der Stütze relativ zum "starren" Teil verformen. Das Ausmaß dieser Verformung, das von der Dicke der Stütze, der Tiefe der Nuten und der Breite des Stegs zwischen dem "flexiblen" und dem "starren" Teil abhängt, kann mithilfe geeigneter Sensoren des Messsystems der Maschine erfasst werden. Da es keine Methode zur Berechnung der Quersteifigkeit solcher Stützen gibt, bei der die Tiefe h der P-förmigen Nut, die Breite t der Brücke sowie die Dicke r der Stütze berücksichtigt werden (siehe Abb. 3.10), werden diese Konstruktionsparameter typischerweise von den Entwicklern experimentell ermittelt.

Abb. 3.10. Skizze der Hartlagerabstützung für Auswuchtmaschine

Abbildungen verschiedener Ausführungen solcher Stützen, die für die Maschinen unserer Kunden gefertigt wurden, sind in den Abbildungen 3.11 und 3.12 dargestellt. Aus den Daten mehrerer unserer Kunden, die Maschinenhersteller sind, lassen sich Anforderungen an die Dicke der Stützen für Maschinen unterschiedlicher Größe und Tragfähigkeit ableiten. Beispielsweise kann die Dicke der Stütze bei Maschinen zum Auswuchten von Rotoren mit einem Gewicht von 0,1 bis 50–100 kg 20 mm betragen.

Abb. 3.11. Harte Lagerungen für Auswuchtmaschinen, hergestellt von A. Sinitsyn

Abb. 3.12. Hartlager für Auswuchtmaschine, hergestellt von D. Krasilnikov

Bei Maschinen mit einer ausgewuchteten Rotormasse von maximal 300–500 kg kann die Dicke der Stütze auf 30–40 mm erhöht werden. Bei Maschinen zum Auswuchten von Rotoren mit maximalen Massen von 1000–3000 kg kann die Stütze sogar 50–60 mm oder mehr dick sein. Wie die Analyse der dynamischen Eigenschaften der genannten Stützen zeigt, liegen ihre Eigenfrequenzen, gemessen in der Querebene (der Ebene der Messung der relativen Verformungen der flexiblen und starren Teile), üblicherweise über 100 Hz. Die Eigenfrequenzen der Hartlagerstützen in der Frontalebene, gemessen in Richtung der Rotationsachse des ausgewuchteten Rotors, sind in der Regel deutlich niedriger. Diese Frequenzen sind bei der Bestimmung der oberen Grenze des Betriebsfrequenzbereichs für die auf der Maschine ausgewuchteten Rotoren vorrangig zu berücksichtigen. Wie bereits erwähnt, kann die Bestimmung dieser Frequenzen mit dem in Abschnitt 3.1 beschriebenen Impulsanregungsverfahren erfolgen.

3.2. Tragende Baugruppen von Auswuchtmaschinen

3.2.1. Haupttypen von Tragwerkskonstruktionen

Bei der Herstellung von Auswuchtmaschinen mit hartem und weichem Lager können die folgenden bekannten Typen von Stützvorrichtungen für die Installation und Rotation von ausgewuchteten Rotoren auf Stützen empfohlen werden, darunter:

• Prismatische Stützvorrichtungen;
• Tragende Baugruppen mit rotierenden Rollen;
• Spindelträgerbaugruppen.

3.2.1.1. Prismatische Stützkonstruktionen

Diese Baugruppen, die in verschiedenen Ausführungen erhältlich sind, werden üblicherweise an Trägern kleiner und mittelgroßer Maschinen montiert, auf denen Rotoren mit Massen von bis zu 50–100 kg ausgewuchtet werden können. Ein Beispiel für die einfachste Ausführung einer prismatischen Trägerbaugruppe ist in Abbildung 3.13 dargestellt. Diese Trägerbaugruppe besteht aus Stahl und wird an einer Turbinenauswuchtmaschine eingesetzt. Viele Hersteller kleiner und mittelgroßer Auswuchtmaschinen bevorzugen bei der Fertigung prismatischer Trägerbaugruppen die Verwendung nichtmetallischer Werkstoffe (Dielektrika) wie Textolit, Fluorpolymer, Caprolon usw.

3.13. Ausführungsvariante der prismatischen Tragkonstruktion, die an einer Auswuchtmaschine für Autoturbinen verwendet wird

Ähnliche Halterungen (siehe Abbildung 3.8 oben) werden beispielsweise von G. Glazov in seiner Maschine verwendet, die ebenfalls zum Auswuchten von Automobilturbinen dient. Die originelle technische Lösung der prismatischen Halterung aus Fluorpolymer (siehe Abbildung 3.14) stammt von der Firma "Technobalance LLC".

Abb. 3.14. Prismenhalterung der Firma "Technobalance" LLC"

Diese spezielle Halterung besteht aus zwei zylindrischen Hülsen 1 und 2, die winklig zueinander angeordnet und auf Stützachsen befestigt sind. Der ausgewuchtete Rotor berührt die Oberflächen der Hülsen entlang der Mantellinien der Zylinder. Dadurch wird die Kontaktfläche zwischen Rotorwelle und Halterung minimiert und somit die Reibungskraft in der Halterung reduziert. Bei Verschleiß oder Beschädigung der Halterungsoberfläche im Kontaktbereich mit der Rotorwelle kann der Verschleiß durch Drehen der Hülse um ihre Achse ausgeglichen werden. Bei Verwendung von Halterungen aus nichtmetallischen Werkstoffen muss die Möglichkeit zur Erdung des ausgewuchteten Rotors am Maschinengehäuse geschaffen werden. Dies verhindert das Risiko starker statischer Aufladungen während des Betriebs. Dadurch werden elektrische Störungen und Interferenzen, die die Funktion des Messsystems beeinträchtigen könnten, reduziert und das Personal vor Schäden durch statische Elektrizität geschützt.

3.2.1.2. Rollenträgerbaugruppen

Diese Baugruppen werden typischerweise an den Halterungen von Maschinen montiert, die zum Auswuchten von Rotoren mit Massen von über 50 Kilogramm ausgelegt sind. Ihr Einsatz reduziert die Reibungskräfte in den Halterungen im Vergleich zu prismatischen Halterungen deutlich und erleichtert so die Rotation des ausgewuchteten Rotors. Abbildung 3.15 zeigt beispielsweise eine Ausführungsvariante einer Halterung, bei der Rollen zur Positionierung des Produkts verwendet werden. In dieser Ausführung dienen Standard-Wälzlager als Rollen 1 und 2, deren Außenringe sich auf feststehenden Achsen drehen, die im Gehäuse der Maschinenhalterung 3 fixiert sind. Abbildung 3.16 zeigt eine Skizze einer komplexeren Rollenhalterung, die von einem Hersteller von Auswuchtmaschinen in seinem Projekt implementiert wurde. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist zur Erhöhung der Tragfähigkeit der Walze (und damit der gesamten Tragkonstruktion) ein Paar Wälzlager 1 und 2 im Walzenkörper 3 eingebaut. Die praktische Umsetzung dieser Konstruktion erweist sich trotz ihrer offensichtlichen Vorteile als recht komplexe Aufgabe, da der Walzenkörper 3 separat gefertigt werden muss und sehr hohe Anforderungen an die geometrische Genauigkeit und die mechanischen Eigenschaften des Materials gestellt werden.

Abb. 3.15. Beispiel für die Konstruktion eines Rollenträgers

Abb. 3.16. Beispiel für eine rollengelagerte Baugruppe mit zwei Wälzlagern

Abbildung 3.17 zeigt eine Konstruktionsvariante einer selbstausrichtenden Rollenlagerung, die von den Spezialisten der Firma Technobalance LLC entwickelt wurde. Bei dieser Konstruktion wird die Selbstausrichtungsfähigkeit der Rollen durch zwei zusätzliche Freiheitsgrade erreicht, die es den Rollen ermöglichen, kleine Winkelbewegungen um die X- und Y-Achse auszuführen. Solche Lagerungen gewährleisten eine hohe Präzision bei der Montage ausgewuchteter Rotoren und werden üblicherweise für den Einsatz an Stützen von schweren Auswuchtmaschinen empfohlen.

Abb. 3.17. Beispiel für die Konstruktion eines selbstausrichtenden Rollenträgers

Wie bereits erwähnt, sind die Anforderungen an die Präzision der Fertigung und die Steifigkeit von Rollenträgern in der Regel recht hoch. Insbesondere sollten die Toleranzen für den Radialschlag der Rollen 3-5 Mikrometer nicht überschreiten.

In der Praxis gelingt dies selbst namhaften Herstellern nicht immer. So wies beispielsweise der Radialschlag der neu als Ersatzteile für die Auswuchtmaschine Modell H8V der Marke "K. Shenk" erworbenen Rollenlager bei den vom Autor durchgeführten Prüfungen einen Wert von 10–11 Mikrometern auf.

3.2.1.3. Spindelträger-Baugruppen

Beim Auswuchten von Rotoren mit Flanschbefestigung (z.B. Gelenkwellen) auf Auswuchtmaschinen werden Spindeln als tragende Baugruppen zum Positionieren, Montieren und Drehen der ausgewuchteten Produkte eingesetzt.

Spindeln sind eine der komplexesten und kritischsten Komponenten von Auswuchtmaschinen, die maßgeblich für das Erreichen der geforderten Auswuchtqualität verantwortlich sind.

Die Theorie und Praxis der Konstruktion und Fertigung von Spindeln sind gut entwickelt und spiegeln sich in einer Vielzahl von Veröffentlichungen wider. Besonders hervorzuheben ist dabei die Monographie "Details und Mechanismen von Werkzeugmaschinen für die Metallbearbeitung" [1], herausgegeben von Dr. Ing. DN Reshetov, die für Entwickler am nützlichsten und zugänglichsten ist.

Unter den wichtigsten Anforderungen, die bei der Konstruktion und Herstellung von Auswuchtmaschinenspindeln berücksichtigt werden sollten, sind die folgenden vorrangig zu nennen:

a) Gewährleistung einer hohen Steifigkeit der Spindelstruktur, die ausreicht, um unannehmbare Verformungen zu verhindern, die unter dem Einfluss von Unwuchtkräften des ausgewuchteten Rotors auftreten können;

b) Sicherstellung der Stabilität der Position der Spindeldrehachse, gekennzeichnet durch zulässige Werte der Radial-, Axial- und Planlaufabweichungen der Spindel;

c) Sicherstellung einer angemessenen Verschleißfestigkeit der Spindelzapfen sowie der Sitz- und Auflageflächen, die für die Montage ausgewuchteter Produkte verwendet werden.

Die praktische Umsetzung dieser Anforderungen wird im Abschnitt VI "Spindeln und ihre Halterungen" der Arbeit [1] detailliert beschrieben.

Insbesondere gibt es Methoden zur Überprüfung der Steifigkeit und der Drehgenauigkeit von Spindeln, Empfehlungen zur Auswahl von Lagern, zur Wahl des Spindelmaterials und der Methoden zu dessen Härtung sowie viele weitere nützliche Informationen zu diesem Thema.

In der Arbeit [1] wird festgestellt, dass bei der Konstruktion von Spindeln für die meisten Arten von spanabhebenden Werkzeugmaschinen hauptsächlich ein Zweilagerschema verwendet wird.

Ein Beispiel für die Konstruktionsvariante eines solchen Zweilagerschemas, das in Fräsmaschinenspindeln verwendet wird (Einzelheiten sind in der Arbeit [1] zu finden), ist in Abb. 3.18 dargestellt.

Dieses Schema eignet sich gut für die Herstellung von Auswuchtmaschinenspindeln, von denen in den Abbildungen 3.19-3.22 Beispiele für Konstruktionsvarianten gezeigt werden.

Abb. 3.18. Skizze einer zweilagerigen Fräsmaschinenspindel

Abbildung 3.19 zeigt eine der Konstruktionsvarianten der Leitspindel einer Auswuchtmaschine, die sich auf zwei Radiallagern dreht, von denen jedes sein eigenes unabhängiges Gehäuse 1 und 2 hat. Auf der Spindelwelle 3 sind ein Flansch 4 zum Anflanschen einer Kardanwelle und eine Riemenscheibe 5 zur Übertragung der Drehbewegung des Elektromotors über einen Keilriemenantrieb auf die Spindel montiert.

Abbildung 3.19. Beispiel für eine Spindelkonstruktion mit zwei unabhängigen Lagern

Abbildungen 3.20 und 3.21 zeigen zwei eng verwandte Konstruktionen von Leitspindelbaugruppen. In beiden Fällen sind die Spindellager in ein gemeinsames Gehäuse 1 eingebaut, das eine axiale Durchgangsbohrung aufweist, die für den Einbau der Spindelwelle erforderlich ist. Am Eingang und am Ausgang dieser Bohrung hat das Gehäuse spezielle Bohrungen (in den Abbildungen nicht dargestellt), die zur Aufnahme von Radiallagern (Rollen- oder Kugellager) und speziellen Flanschdeckeln 5 dienen, mit denen die Außenringe der Lager befestigt werden.

Abbildung 3.20. Beispiel 1 für eine Leitspindelkonstruktion auf zwei in einem gemeinsamen Gehäuse installierten Lagerträgern

Abbildung 3.21. Beispiel 2 für eine Leitspindelkonstruktion auf zwei in einem gemeinsamen Gehäuse installierten Lagerträgern

Wie bei der Vorgängerversion (siehe Abb. 3.19) sind auf der Spindelwelle eine Planscheibe 2 zum Anflanschen der Antriebswelle und eine Riemenscheibe 3 zur Übertragung der Drehbewegung vom Elektromotor auf die Spindel über einen Riemenantrieb angebracht. An der Spindelwelle ist auch ein Schenkel 4 befestigt, der zur Bestimmung der Winkelposition der Spindel dient und beim Anbringen von Prüf- und Ausgleichsgewichten auf dem Rotor während des Auswuchtens verwendet wird.

Abbildung 3.22. Beispiel für die Konstruktion einer angetriebenen (hinteren) Spindel

Abbildung 3.22 zeigt eine Konstruktionsvariante der angetriebenen (hinteren) Spindelbaugruppe einer Maschine, die sich von der Leitspindel nur durch das Fehlen der Antriebsriemenscheibe und des Glieds unterscheidet, da diese nicht benötigt werden.

Abbildung 3.23. Beispiel für die Konstruktionsausführung einer angetriebenen (hinteren) Spindel

Gesehen in Abbildungen 3.20 - 3.22Die oben beschriebenen Spindelbaugruppen werden mit speziellen Klemmen (Riemen) 6 an den Weichlagerstützen der Auswuchtmaschinen befestigt. Falls erforderlich, können auch andere Befestigungsmethoden verwendet werden, die eine angemessene Steifigkeit und Präzision bei der Positionierung der Spindelbaugruppe auf dem Träger gewährleisten.

Abbildung 3.23 veranschaulicht eine dieser Spindel ähnliche Flanschbefestigung, die für die Montage an einem Hartlager einer Auswuchtmaschine verwendet werden kann.

3.2.1.3.4. Berechnung der Spindelsteifigkeit und des Rundlaufs

Zur Bestimmung der Spindelsteifigkeit und des zu erwartenden Rundlaufs kann Formel 3.4 verwendet werden (siehe Berechnungsschema in Abbildung 3.24):

wo:

• Y - elastische Verschiebung der Spindel am Ende der Spindelkonsole, cm;
• P - berechnete Last, die auf die Spindelkonsole wirkt, kg;
• A - hintere Lagerstütze der Spindel;
• B - vordere Lagerstütze der Spindel;
• g - Länge der Spindelkonsole, cm;
• c - Abstand zwischen den Stützen A und B der Spindel, cm;
• J1 - mittleres Flächenträgheitsmoment des Spindelabschnitts zwischen den Stützen, cm⁴;
• J2 - mittleres Trägheitsmoment des Spindelkonsolenabschnitts, cm⁴;
• jB und jA - Steifigkeit der Lager für die vorderen und hinteren Stützen der Spindel, jeweils kg/cm.

Durch Umformung der Formel 3.4 ergibt sich der gewünschte Rechenwert für die Steifigkeit der Spindelgruppe jшп bestimmt werden kann:

In Anlehnung an die Empfehlungen der Arbeit [1] für mittelgroße Auswuchtmaschinen sollte dieser Wert nicht unter 50 kg/µm liegen.

Zur Berechnung des Rundlaufs wird die Formel 3.5 verwendet:

wo:

• ∆ ist der Rundlauf am Spindelkonsolenende, µm;
• ∆B ist der Rundlauf des vorderen Spindellagers, µm;
• ∆A ist der Rundlauf des hinteren Spindellagers, µm;
• g ist die Länge der Spindelkonsole, cm;
• c ist der Abstand zwischen den Stützen A und B der Spindel, cm.

3.2.1.3.5. Sicherstellung der Anforderungen an den Spindelausgleich

Die Spindelbaugruppen von Auswuchtmaschinen müssen präzise ausgewuchtet sein, da jede Unwucht als zusätzlicher Fehler auf den auszuwuchtenden Rotor übertragen wird. Bei der Festlegung der technologischen Toleranzen für die Restunwucht der Spindel wird generell empfohlen, dass deren Auswuchtgenauigkeit mindestens ein bis zwei Klassen höher sein sollte als die des auszuwuchtenden Produkts.

In Anbetracht der oben beschriebenen Konstruktionsmerkmale der Spindeln sollten diese in zwei Ebenen ausgewuchtet werden.

3.2.1.3.6. Sicherstellung der Tragfähigkeit und Dauerhaftigkeit von Spindellagern

Bei der Auslegung von Spindeln und der Auswahl von Lagergrößen empfiehlt es sich, die Lebensdauer und Belastbarkeit der Lager vorab zu ermitteln. Die Methodik für diese Berechnungen ist in ISO 18855-94 (ISO 281-89) "Wälzlager – Dynamische Tragzahlen und Nennlebensdauer" [3] sowie in zahlreichen (auch digitalen) Wälzlagerhandbüchern detailliert beschrieben.

3.2.1.3.7. Sicherstellung der Anforderungen an die zulässige Erwärmung von Spindellagern

Nach den Empfehlungen aus der Arbeit [1] sollte die maximal zulässige Erwärmung der Außenringe von Spindellagern 70°C nicht überschreiten. Um eine hohe Wuchtgüte zu gewährleisten, sollte die empfohlene Erwärmung der Außenringe jedoch 40 - 45°C nicht überschreiten.

3.2.1.3.8. Auswahl der Art des Riemenantriebs und der Konstruktion der Antriebsscheibe für die Spindel

Bei der Konstruktion der Antriebsspindel einer Auswuchtmaschine empfiehlt es sich, deren Drehung durch einen Flachriemenantrieb zu gewährleisten. Ein Beispiel für die ordnungsgemäße Verwendung eines solchen Antriebs für den Spindelbetrieb findet sich in Abbildungen 3.20 und 3.23. Die Verwendung von Keilriemen- oder Zahnriemenantrieben ist unerwünscht, da diese aufgrund geometrischer Ungenauigkeiten der Riemen und Riemenscheiben zusätzliche dynamische Belastungen auf die Spindel ausüben können, was wiederum zu zusätzlichen Messfehlern beim Auswuchten führen kann. Empfohlene Anforderungen an Riemenscheiben für Flachriemen sind in ISO 17383-73 "Riemenscheiben für Flachriemen" [4] beschrieben.

Die Antriebsriemenscheibe sollte am hinteren Ende der Spindel so nahe wie möglich an der Lagerbaugruppe positioniert werden (mit einem möglichst geringen Überhang). Die konstruktive Entscheidung für die überhängende Anordnung der Riemenscheibe, die bei der Herstellung der Spindel in Abbildung 3.19kann als erfolglos angesehen werden, da sie das Moment der dynamischen Antriebslast, das auf die Spindelstützen wirkt, erheblich erhöht.

Ein weiterer wesentlicher Nachteil dieser Konstruktion ist die Verwendung eines Keilriemenantriebs, dessen Fertigungs- und Montageungenauigkeiten ebenfalls zu einer unerwünschten Zusatzbelastung der Spindel führen können.

3.3. Bett (Rahmen)

Das Bett ist die Haupttragstruktur der Auswuchtmaschine, auf der ihre wichtigsten Elemente, einschließlich der Stützpfosten und des Antriebsmotors, aufgebaut sind. Bei der Auswahl oder Herstellung des Bettes einer Auswuchtmaschine muss sichergestellt werden, dass es mehrere Anforderungen erfüllt, darunter die erforderliche Steifigkeit, geometrische Präzision, Vibrationsfestigkeit und Verschleißfestigkeit der Führungen.

In der Praxis zeigt sich, dass bei der Herstellung von Maschinen für den Eigenbedarf die folgenden Bettenoptionen am häufigsten verwendet werden:

• Gussbetten aus gebrauchten Metallbearbeitungsmaschinen (Drehbänke, Holzbearbeitung usw.);
• zusammengesetzte Betten auf der Basis von Kanälen, die mit Hilfe von Schraubverbindungen montiert werden;
• geschweißte Betten auf der Basis von Kanälen;
• Polymerbetonbetten mit schwingungsdämpfenden Beschichtungen.

Abbildung 3.25. Beispiel für die Verwendung eines gebrauchten Holzbearbeitungsmaschinenbettes zur Herstellung einer Maschine zum Auswuchten von Kardanwellen.

3.4. Antriebe für Auswuchtmaschinen

Wie die Analyse der von unseren Kunden bei der Herstellung von Auswuchtmaschinen verwendeten Konstruktionslösungen zeigt, setzen sie bei der Konstruktion von Antrieben vor allem auf den Einsatz von Wechselstrommotoren, die mit Frequenzumrichtern ausgestattet sind. Dieser Ansatz ermöglicht eine breite Palette von einstellbaren Drehzahlen für die ausgewuchteten Rotoren bei minimalen Kosten. Die Leistung der Hauptantriebsmotoren, die zum Drehen der ausgewuchteten Rotoren verwendet werden, wird in der Regel in Abhängigkeit von der Masse dieser Rotoren gewählt und kann ungefähr betragen:

• 0,25 - 0,72 kW für Maschinen, die zum Auswuchten von Rotoren mit einer Masse von ≤ 5 kg ausgelegt sind;
• 0,72 - 1,2 kW für Maschinen, die zum Auswuchten von Rotoren mit einer Masse > 5 ≤ 50 kg ausgelegt sind;
• 1,2 - 1,5 kW für Maschinen, die zum Auswuchten von Rotoren mit einer Masse > 50 ≤ 100 kg ausgelegt sind;
• 1,5 - 2,2 kW für Maschinen, die zum Auswuchten von Rotoren mit einer Masse > 100 ≤ 500 kg ausgelegt sind;
• 2,2 - 5 kW für Maschinen, die zum Auswuchten von Rotoren mit einer Masse > 500 ≤ 1000 kg ausgelegt sind;
• 5 - 7,5 kW für Maschinen, die zum Auswuchten von Rotoren mit einer Masse > 1000 ≤ 3000 kg ausgelegt sind.

Diese Motoren sollten starr auf dem Maschinenbett oder dem Fundament montiert werden. Vor der Installation an der Maschine (oder am Aufstellungsort) sollte der Hauptantriebsmotor zusammen mit der auf seiner Abtriebswelle montierten Riemenscheibe sorgfältig ausgewuchtet werden. Um elektromagnetische Störungen durch den Frequenzumrichter zu reduzieren, wird die Installation von Netzfiltern am Eingang und am Ausgang empfohlen. Dabei kann es sich um Standardprodukte handeln, die von den Herstellern der Antriebe geliefert werden, oder um selbst hergestellte Filter, die aus Ferritringen bestehen.

4. Messsysteme von Auswuchtmaschinen

Die meisten Hobbyhersteller von Auswuchtmaschinen, die sich an die LLC "Kinematics" (Vibromera) wenden, planen, die von unserem Unternehmen gefertigten Messsysteme der Serie "Balanset" in ihre Konstruktionen zu integrieren. Es gibt jedoch auch Kunden, die solche Messsysteme selbst herstellen möchten. Daher ist es sinnvoll, den Aufbau eines Messsystems für eine Auswuchtmaschine genauer zu betrachten. Die wichtigste Anforderung an diese Systeme ist die hochpräzise Messung von Amplitude und Phase der Rotationskomponente des Schwingungssignals, die bei der Rotationsfrequenz des ausgewuchteten Rotors auftritt. Dieses Ziel wird üblicherweise durch eine Kombination technischer Lösungen erreicht, darunter:

• Verwendung von Vibrationssensoren mit einem hohen Signalumwandlungskoeffizienten;
• Einsatz von modernen Laser-Phasenwinkelsensoren;
• Entwicklung (oder Einsatz) von Hardware, die die Verstärkung und digitale Umwandlung von Sensorsignalen ermöglicht (primäre Signalverarbeitung);
• Implementierung einer Softwareverarbeitung des Schwingungssignals, die eine hochauflösende und stabile Extraktion der Rotationskomponente des Schwingungssignals ermöglichen soll, die sich bei der Rotationsfrequenz des ausgewuchteten Rotors manifestiert (Sekundärverarbeitung).

Im Folgenden betrachten wir bekannte Varianten solcher technischer Lösungen, die in einer Reihe bekannter Bilanzierungsinstrumente implementiert wurden.

4.1. Auswahl von Schwingungssensoren

In den Messsystemen von Auswuchtmaschinen können verschiedene Arten von Schwingungssensoren (Aufnehmern) verwendet werden, darunter:

• Schwingungsbeschleunigungssensoren (Beschleunigungsmesser);
• Sensoren für die Schwingungsgeschwindigkeit;
• Vibrations-Wegsensoren;
• Kraft-Sensoren.

4.1.1. Schwingungsbeschleunigungssensoren

Unter den Schwingungsbeschleunigungssensoren sind piezoelektrische und kapazitive (Chip-)Beschleunigungssensoren am weitesten verbreitet und eignen sich besonders für Auswuchtmaschinen mit weichen Lagern. In der Praxis können Schwingungsbeschleunigungssensoren mit einem Konversionskoeffizienten (Kpr) von 10 bis 30 mV/(m/s²) verwendet werden. Für Auswuchtmaschinen mit besonders hohen Anforderungen an die Auswuchtgenauigkeit empfiehlt sich der Einsatz von Beschleunigungssensoren mit einem Kpr von 100 mV/(m/s²) und darüber. Abbildung 4.1 zeigt beispielhaft die piezoelektrischen Beschleunigungssensoren DN3M1 und DN3M1V6 der Firma Izmeritel LLC, die als Schwingungssensoren für Auswuchtmaschinen eingesetzt werden können.

Abbildung 4.1. Piezo-Beschleunigungsaufnehmer DN 3M1 und DN 3M1V6

Um solche Sensoren an Schwingungsmessgeräte und -systeme anzuschließen, müssen externe oder eingebaute Ladungsverstärker verwendet werden.

Abbildung 4.2. Kapazitive Beschleunigungsmesser AD1 Hergestellt von LLC "Kinematics" (Vibromera)

Es sei darauf hingewiesen, dass diese Sensoren, zu denen auch die auf dem Markt weit verbreiteten kapazitiven Beschleunigungssensoren ADXL 345 (siehe Abbildung 4.3) gehören, gegenüber den Piezo-Beschleunigungssensoren mehrere wesentliche Vorteile aufweisen. Insbesondere sind sie bei ähnlichen technischen Merkmalen 4 bis 8 Mal billiger. Außerdem benötigen sie keine teuren und heiklen Ladungsverstärker, wie sie bei Piezo-Beschleunigungsmessern erforderlich sind.

In Fällen, in denen beide Arten von Beschleunigungsaufnehmern in den Messsystemen von Auswuchtmaschinen verwendet werden, wird in der Regel eine Hardware-Integration (oder Doppelintegration) der Sensorsignale durchgeführt.

Abbildung 4.2. Kapazitive Beschleunigungsaufnehmer AD 1, montiert.

Abbildung 4.2. Kapazitive Beschleunigungsmesser AD1 Hergestellt von LLC "Kinematics" (Vibromera)

Es sei darauf hingewiesen, dass diese Sensoren, zu denen auch die auf dem Markt weit verbreiteten kapazitiven Beschleunigungssensoren ADXL 345 (siehe Abbildung 4.3) gehören, gegenüber den Piezo-Beschleunigungssensoren mehrere wesentliche Vorteile aufweisen. Insbesondere sind sie bei ähnlichen technischen Merkmalen 4 bis 8 Mal billiger. Außerdem benötigen sie keine teuren und heiklen Ladungsverstärker, wie sie bei Piezo-Beschleunigungsmessern erforderlich sind.

Abbildung 4.3. Kapazitive Beschleunigungsmesserplatine ADXL 345.

In diesem Fall wird das ursprüngliche Sensorsignal, das proportional zur Schwingungsbeschleunigung ist, entsprechend in ein Signal umgewandelt, das proportional zur Schwingungsgeschwindigkeit oder -verschiebung ist. Das Verfahren der doppelten Integration des Vibrationssignals ist besonders relevant bei der Verwendung von Beschleunigungsaufnehmern als Teil von Messsystemen für Auswuchtmaschinen mit niedriger Drehzahl, bei denen der untere Rotordrehfrequenzbereich während des Auswuchtens 120 U/min und weniger erreichen kann. Bei der Verwendung von kapazitiven Beschleunigungsaufnehmern in den Messsystemen von Auswuchtmaschinen ist zu berücksichtigen, dass ihre Signale nach der Integration niederfrequente Störungen enthalten können, die sich im Frequenzbereich von 0,5 bis 3 Hz manifestieren. Dadurch kann der untere Frequenzbereich des Auswuchtens bei Maschinen, die für die Verwendung dieser Sensoren vorgesehen sind, eingeschränkt werden.

4.1.2. Schwinggeschwindigkeits-Sensoren

4.1.2.1. Induktive Schwingungsgeschwindigkeitssensoren.

Diese Sensoren bestehen aus einer Induktionsspule und einem Magnetkern. Wenn die Spule relativ zu einem feststehenden Kern (oder der Kern relativ zu einer feststehenden Spule) schwingt, wird in der Spule eine EMK induziert, deren Spannung direkt proportional zur Schwingungsgeschwindigkeit des beweglichen Elements des Sensors ist. Die Umwandlungskoeffizienten (Кпр) von induktiven Sensoren sind in der Regel recht hoch und erreichen mehrere Dutzend oder sogar Hunderte von mV/mm/sec. So beträgt der Umwandlungskoeffizient des Schenck-Sensors Modell T77 80 mV/mm/sec und der des IRD-Mechanalysis-Sensors Modell 544M 40 mV/mm/sec. In einigen Fällen (z. B. in Schenck-Auswuchtmaschinen) werden spezielle hochempfindliche induktive Schwinggeschwindigkeitssensoren mit einem mechanischen Verstärker verwendet, bei denen Кпр 1000 mV/mm/sec überschreiten kann. Werden induktive Schwinggeschwindigkeitssensoren in den Messsystemen von Auswuchtmaschinen verwendet, kann auch eine Hardware-Integration des der Schwinggeschwindigkeit proportionalen elektrischen Signals erfolgen, die es in ein dem Schwingweg proportionales Signal umwandelt.

Abbildung 4.4. Sensor Modell 544M von IRD Mechanalysis.

Abbildung 4.5. Sensor Modell T77 von Schenck

Es sei darauf hingewiesen, dass induktive Schwinggeschwindigkeitssensoren aufgrund des hohen Arbeitsaufwands bei ihrer Herstellung recht selten und teuer sind. Daher werden sie trotz der offensichtlichen Vorteile dieser Sensoren von Amateurherstellern von Auswuchtmaschinen nur sehr selten verwendet.

4.2. Phasenwinkelsensoren

Zur Synchronisierung des Schwingungsmessprozesses mit dem Drehwinkel des ausgewuchteten Rotors werden Phasenwinkelsensoren, beispielsweise Laser- (fotoelektrische) oder induktive Sensoren, eingesetzt. Diese Sensoren werden von in- und ausländischen Herstellern in verschiedenen Ausführungen angeboten. Die Preisspanne für diese Sensoren kann erheblich variieren und liegt zwischen etwa 40 und 200 US-Dollar. Ein Beispiel für ein solches Gerät ist der von Diamex hergestellte Phasenwinkelsensor, der in Abbildung 4.11 dargestellt ist.

Abbildung 4.11: Phasenwinkelsensor von "Diamex"

Als weiteres Beispiel zeigt Abbildung 4.12 ein von der LLC "Kinematics" (Vibromera) implementiertes Modell, das Lasertachometer des in China hergestellten Modells DT 2234C als Phasenwinkelsensoren verwendet. Zu den offensichtlichen Vorteilen dieses Sensors gehören:

• Ein großer Betriebsbereich, der die Messung der Rotordrehfrequenz von 2,5 bis 99.999 Umdrehungen pro Minute mit einer Auflösung von nicht weniger als einer Umdrehung ermöglicht;
• Digitale Anzeige;
• Einfaches Einrichten des Tachometers für Messungen;
• Erschwinglichkeit und niedrige Marktkosten;
• Relativ einfache Modifikation zur Integration in das Messsystem einer Auswuchtmaschine.

Abbildung 4.12: Laser-Tachometer Modell DT 2234C

In einigen Fällen, in denen der Einsatz von optischen Lasersensoren aus irgendeinem Grund nicht erwünscht ist, können diese durch induktive berührungslose Wegsensoren ersetzt werden, wie z.B. das bereits erwähnte Modell ISAN E41A oder ähnliche Produkte anderer Hersteller.

4.3. Signalverarbeitungsfunktionen in Vibrationssensoren

Für die präzise Messung von Amplitude und Phase der Rotationskomponente des Schwingungssignals in Auswuchtmaschinen wird in der Regel eine Kombination aus Hardware- und Software-Verarbeitungswerkzeugen verwendet. Diese Werkzeuge ermöglichen:

• Breitbandige Hardwarefilterung des analogen Sensorsignals;
• Verstärkung des analogen Sensorsignals;
• Integration und/oder Doppelintegration (falls erforderlich) des Analogsignals;
• Schmalbandige Filterung des analogen Signals mit einem Tracking-Filter;
• Analog-Digital-Wandlung des Signals;
• Synchrone Filterung des digitalen Signals;
• Harmonische Analyse des digitalen Signals.

4.3.1. Breitbandsignalfilterung

Dieses Verfahren ist unerlässlich, um das Signal des Schwingungssensors von potenziellen Störungen zu befreien, die sowohl an der unteren als auch an der oberen Grenze des Frequenzbereichs des Geräts auftreten können. Es empfiehlt sich, für das Messgerät einer Auswuchtmaschine die untere Grenze des Bandpassfilters auf 2–3 Hz und die obere Grenze auf 50 (100) Hz einzustellen. Die Filterung der unteren Grenze hilft, niederfrequentes Rauschen zu unterdrücken, das am Ausgang verschiedener Sensormessverstärker auftreten kann. Die Filterung der oberen Grenze eliminiert Störungen durch kombinierte Frequenzen und potenzielle Resonanzschwingungen einzelner mechanischer Bauteile der Maschine.

4.3.2. Verstärkung des analogen Signals vom Sensor

Um die Empfindlichkeit des Messsystems der Auswuchtmaschine zu erhöhen, können die Signale der Schwingungssensoren am Eingang der Messeinheit verstärkt werden. Hierfür eignen sich sowohl Standardverstärker mit konstanter Verstärkung als auch mehrstufige Verstärker, deren Verstärkung sich programmgesteuert an den tatsächlichen Signalpegel des Sensors anpassen lässt. Ein Beispiel für einen programmierbaren mehrstufigen Verstärker sind die in Spannungsmessumformern wie dem E154 oder E14-140 der Firma "L-Card" LLC implementierten Verstärker.

4.3.3. Integration

Wie bereits erwähnt, wird in den Messsystemen von Auswuchtmaschinen eine Hardware-Integration und/oder eine Doppelintegration der Schwingungssensorsignale empfohlen. So kann das anfängliche Beschleunigungssignal, das proportional zur Schwingungsbeschleunigung ist, in ein Signal umgewandelt werden, das proportional zur Schwingungsgeschwindigkeit (Integration) oder zur Schwingungsverschiebung (Doppelintegration) ist. Ebenso kann das Signal des Schwinggeschwindigkeitssensors nach der Integration in ein Signal umgewandelt werden, das proportional zur Schwingungsverschiebung ist.

4.3.4. Schmalbandige Filterung des analogen Signals mit einem Nachlauffilter

Zur Reduzierung von Störungen und zur Verbesserung der Qualität der Schwingungssignalverarbeitung in den Messsystemen von Auswuchtmaschinen können Schmalband-Tracking-Filter eingesetzt werden. Die Mittenfrequenz dieser Filter wird mithilfe des Drehzahlsensorsignals des Rotors automatisch auf dessen Rotationsfrequenz abgestimmt. Moderne integrierte Schaltungen wie MAX263, MAX264, MAX267 und MAX268 von MAXIM eignen sich zur Realisierung solcher Filter.

4.3.5. Analog-Digital-Wandlung von Signalen

Die Analog-Digital-Wandlung ist ein entscheidender Schritt zur Verbesserung der Qualität der Schwingungssignalverarbeitung bei der Amplituden- und Phasenmessung. Dieses Verfahren ist in allen modernen Messsystemen von Auswuchtmaschinen implementiert. Ein Beispiel für den effektiven Einsatz solcher ADCs sind die Spannungsmesswandler vom Typ E154 oder E14-140 der Firma "L-Card", die in verschiedenen Messsystemen von Auswuchtmaschinen der Firma "Kinematics" (Vibromera) verwendet werden. Darüber hinaus verfügt "Kinematics" (Vibromera) über Erfahrung mit kostengünstigeren Mikroprozessorsystemen auf Basis von Arduino-Controllern, dem Mikrocontroller PIC18F4620 von Microchip und ähnlichen Geräten.

4.1.2.2. Schwingungsgeschwindigkeitssensoren auf Basis piezoelektrischer Beschleunigungsmesser

Ein Sensor dieses Typs unterscheidet sich von einem herkömmlichen piezoelektrischen Beschleunigungsmesser durch einen integrierten Ladungsverstärker und Integrator im Gehäuse, der ein zur Schwingungsgeschwindigkeit proportionales Signal ausgibt. Beispiele für piezoelektrische Schwingungsgeschwindigkeitssensoren inländischer Hersteller (ZETLAB und Vibropribor LLC) sind in den Abbildungen 4.6 und 4.7 dargestellt.

Abbildung 4.6. Sensor Modell AV02 von ZETLAB (Russland)

Abbildung 4.7. Sensor Modell DVST 2 der Firma "Vibropribor" LLC"

Solche Sensoren werden von verschiedenen Herstellern (sowohl im In- als auch im Ausland) hergestellt und sind derzeit weit verbreitet, insbesondere in tragbaren Vibrationsgeräten. Die Kosten für diese Sensoren sind recht hoch und können 20.000 bis 30.000 Rubel pro Stück erreichen, selbst bei inländischen Herstellern.

4.1.3. Verschiebungssensoren

In den Messsystemen von Auswuchtmaschinen können berührungslose Wegsensoren – kapazitiv oder induktiv – eingesetzt werden. Diese Sensoren arbeiten statisch und erfassen Schwingungsvorgänge ab 0 Hz. Ihr Einsatz ist besonders effektiv beim Auswuchten von langsam laufenden Rotoren mit Drehzahlen bis 120 U/min. Die Messkoeffizienten dieser Sensoren erreichen Werte von 1000 mV/mm und mehr, was eine hohe Genauigkeit und Auflösung bei der Wegmessung ermöglicht, selbst ohne zusätzliche Verstärkung. Ein wesentlicher Vorteil dieser Sensoren ist ihr vergleichsweise niedriger Preis, der bei einigen inländischen Herstellern unter 1000 Rubel liegt. Beim Einsatz dieser Sensoren in Auswuchtmaschinen ist zu beachten, dass der nominale Arbeitsabstand zwischen dem Sensorelement und der Oberfläche des schwingenden Objekts durch den Durchmesser der Sensorspule begrenzt ist. Beispielsweise beträgt beim in Abbildung 4.8 gezeigten Sensor, Modell ISAN E41A von "TEKO", der spezifizierte Arbeitsspalt typischerweise 3,8 bis 4 mm, was die Messung der Verschiebung des vibrierenden Objekts im Bereich von ±2,5 mm ermöglicht.

Abbildung 4.8. Induktiver Wegsensor Modell ISAN E41A von TEKO (Russland)

4.1.4. Kraft-Sensoren

Wie bereits erwähnt, werden in den Messsystemen der Hartlager-Auswuchtmaschinen Kraftsensoren verwendet. Bei diesen Sensoren handelt es sich, insbesondere wegen ihrer einfachen Herstellung und relativ geringen Kosten, in der Regel um piezoelektrische Kraftsensoren. Beispiele für solche Sensoren sind in den Abbildungen 4.9 und 4.10 dargestellt.

Abbildung 4.9. Kraftsensor SD 1 von Kinematika LLC

Abbildung 4.10: Kraftsensor für Kfz-Auswuchtmaschinen, vertrieben von "STO Market"

Dehnungsmessstreifen-Kraftsensoren, die von einer Vielzahl in- und ausländischer Hersteller produziert werden, können auch zur Messung der relativen Verformungen in den Trägern von Hartlager-Auswuchtmaschinen verwendet werden.

4.4. Funktionsschema des Messsystems der Auswuchtmaschine "Balanset 2"

Das Messsystem "Balanset 2" stellt einen modernen Ansatz zur Integration von Mess- und Rechenfunktionen in Auswuchtmaschinen dar. Es ermöglicht die automatische Berechnung von Korrekturgewichten mittels Einflusskoeffizientenverfahren und ist an verschiedene Maschinenkonfigurationen anpassbar.

Das Funktionsschema umfasst Signalaufbereitung, Analog-Digital-Wandlung, digitale Signalverarbeitung und automatische Berechnungsalgorithmen. Das System kann sowohl Zwei- als auch Mehrebenen-Ausgleichsszenarien mit hoher Präzision bewältigen.

4.5. Berechnung der Parameter der beim Rotorauswuchten verwendeten Ausgleichsgewichte

Die Berechnung der Korrekturgewichte basiert auf der Einflusskoeffizientenmethode, die ermittelt, wie der Rotor auf Testgewichte in verschiedenen Ebenen reagiert. Diese Methode ist grundlegend für alle modernen Auswuchtsysteme und liefert präzise Ergebnisse sowohl für starre als auch für flexible Rotoren.

4.5.1. Aufgabe des Auswuchtens von zweifach gestützten Rotoren und Methoden zu ihrer Lösung

Bei Rotoren mit doppelter Lagerung (der gängigsten Bauart) besteht die Auswuchtaufgabe darin, zwei Korrekturgewichte zu bestimmen – eines für jede Korrekturebene. Die Einflusskoeffizientenmethode verwendet folgenden Ansatz:

1. Erste Messung (Lauf 0): Schwingungen ohne Probegewichte messen
2. Erster Testlauf (Lauf 1): Füge ein bekanntes Testgewicht zu Ebene 1 hinzu und miss die Reaktion.
3. Zweiter Testlauf (Lauf 2): Verschieben Sie das Testgewicht auf Ebene 2 und messen Sie die Reaktion.
4. Berechnung: Die Software berechnet die permanenten Korrekturgewichte auf Basis der gemessenen Reaktionen.

Die mathematische Grundlage besteht in der Lösung eines Systems linearer Gleichungen, die die Einflüsse des Probegewichts mit den erforderlichen Korrekturen in beiden Ebenen gleichzeitig in Beziehung setzen.

Abbildungen 3.26 und 3.27 zeigen Beispiele für die Verwendung von Drehbetten, auf deren Grundlage eine spezielle Hard Bearing-Maschine zum Auswuchten von Schnecken und eine universelle Soft Bearing-Auswuchtmaschine für zylindrische Rotoren hergestellt wurden. Für Heimwerker ermöglichen solche Lösungen mit minimalem Zeit- und Kostenaufwand die Erstellung eines starren Trägersystems für die Auswuchtmaschine, auf dem Ständer verschiedener Art (sowohl Hard Bearing als auch Soft Bearing) montiert werden können. Die Hauptaufgabe des Herstellers besteht in diesem Fall darin, die geometrische Präzision der Maschinenführungen, auf denen die Ständer aufgebaut werden, zu gewährleisten (und gegebenenfalls wiederherzustellen). Unter den Bedingungen der Heimwerkerproduktion wird in der Regel eine Feinschabung vorgenommen, um die erforderliche geometrische Genauigkeit der Führungen wiederherzustellen.

Abbildung 3.28 zeigt eine Version eines montierten Bettes, das aus zwei Kanälen besteht. Bei der Herstellung dieses Bettes werden lösbare Schraubverbindungen verwendet, die es ermöglichen, die Verformung des Bettes bei der Montage ohne zusätzliche technologische Eingriffe zu minimieren oder ganz zu beseitigen. Um die richtige geometrische Genauigkeit der Führungen des angegebenen Bettes zu gewährleisten, kann eine mechanische Bearbeitung (Schleifen, Feinfräsen) der oberen Flansche der verwendeten Kanäle erforderlich sein.

Abbildungen 3.29 und 3.30 präsentieren Varianten von geschweißten Betten, die ebenfalls aus zwei Kanälen bestehen. Die Herstellungstechnologie für solche Betten kann eine Reihe zusätzlicher Arbeitsgänge erfordern, z. B. eine Wärmebehandlung zum Abbau der beim Schweißen auftretenden inneren Spannungen. Wie bei zusammengesetzten Betten sollte auch bei geschweißten Betten zur Gewährleistung der geometrischen Genauigkeit der Führungen eine mechanische Bearbeitung (Schleifen, Feinfräsen) der oberen Flansche der verwendeten Kanäle vorgesehen werden.

4.5.2. Methodik für das dynamische Auswuchten von Rotoren mit mehreren Stützen

Mehrfach gelagerte Rotoren (drei oder vier Lagerpunkte) erfordern komplexere Auswuchtverfahren. Jeder Lagerpunkt trägt zum gesamten dynamischen Verhalten bei, und die Korrektur muss die Wechselwirkungen zwischen allen Ebenen berücksichtigen.

Die Methodik erweitert den Zwei-Ebenen-Ansatz um Folgendes:

• Vibrationsmessung an allen Stützpunkten
• Verwendung mehrerer Testgewichtspositionen
• Lösen größerer Systeme linearer Gleichungen
• Optimierung der Korrekturgewichtsverteilung

Bei Kardanwellen und ähnlichen langen Rotoren werden mit diesem Verfahren typischerweise Restunwuchtwerte erreicht, die den ISO-Qualitätsklassen G6.3 oder besser entsprechen.

4.5.3. Rechner für das Auswuchten von Multi-Support-Rotoren

Für Rotorkonfigurationen mit drei und vier Stützen wurden spezielle Berechnungsalgorithmen entwickelt. Diese Rechner sind in der Software Balanset-4 implementiert und können komplexe Rotorgeometrien automatisch verarbeiten.

Die Rechner berücksichtigen Folgendes:

• Variable Stützsteifigkeit
• Kreuzkopplung zwischen Korrekturebenen
• Optimierung der Gewichtsverteilung für mehr Zugänglichkeit
• Überprüfung der berechneten Ergebnisse

5. Empfehlungen zur Überprüfung der Funktion und Genauigkeit von Auswuchtmaschinen

Die Genauigkeit und Zuverlässigkeit einer Auswuchtmaschine hängen von vielen Faktoren ab, darunter die geometrische Genauigkeit ihrer mechanischen Komponenten, die dynamischen Eigenschaften der Lager und die Leistungsfähigkeit des Messsystems. Die regelmäßige Überprüfung dieser Parameter gewährleistet eine gleichbleibende Auswuchtqualität und hilft, potenzielle Probleme zu erkennen, bevor sie die Produktion beeinträchtigen.

5.1. Überprüfung der geometrischen Genauigkeit der Maschine

Die Überprüfung der geometrischen Genauigkeit umfasst die Kontrolle der Ausrichtung der Stützen, der Parallelität der Führungen und der Konzentrizität der Spindelbaugruppen. Diese Prüfungen sollten bei der Ersteinrichtung und regelmäßig während des Betriebs durchgeführt werden, um die Genauigkeit sicherzustellen.

5.2. Überprüfung der dynamischen Eigenschaften der Maschine

Die Überprüfung der dynamischen Eigenschaften umfasst die Messung der Eigenfrequenzen von Stützen und Rahmenbauteilen, um sicherzustellen, dass diese ausreichend von den Betriebsfrequenzen getrennt sind. Dadurch werden Resonanzprobleme vermieden, die die Auswuchtgenauigkeit beeinträchtigen können.

5.3. Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Messsystems

Die Verifizierung des Messsystems umfasst die Sensorkalibrierung, die Überprüfung der Phasenausrichtung und die Genauigkeitsprüfung der Signalverarbeitung. Dies gewährleistet eine zuverlässige Messung von Schwingungsamplitude und -phase bei allen Betriebsdrehzahlen.

5.4. Überprüfung der Genauigkeitsmerkmale gemäß ISO 20076-2007

ISO 20076-2007 bietet standardisierte Verfahren zur Überprüfung der Genauigkeit von Auswuchtmaschinen mithilfe kalibrierter Testrotoren. Diese Verfahren tragen dazu bei, die Leistung der Maschine anhand international anerkannter Normen zu validieren.

Literatur

1. Reshetov DN (Hrsg.). "Details und Mechanismen von Werkzeugmaschinen zur Metallbearbeitung." Moskau: Mashinostroenie, 1972.
2. Kellenberger W. "Spiralschleifen zylindrischer Oberflächen." Maschinenbau, 1963.
3. ISO 18855-94 (ISO 281-89) "Wälzlager – Dynamische Tragzahlen und Nennlebensdauer"."
4. ISO 17383-73 "Riemenscheiben für Flachriemen"."
5. ISO 1940-1-2007 "Schwingungen. Anforderungen an die Auswuchtqualität starrer Rotoren."
6. ISO 20076-2007 "Verfahren zur Überprüfung der Genauigkeit von Auswuchtmaschinen"."