-1-
HET METEN VAN DE GEOMETRISCHE EN DYNAMISCHE EIGENSCHAPPEN VAN TWEE WALSEN VAN EEN BANDSCHUURMACHINE.
Auteur: lr. J.A.W. Hijiok
WPB-Rapport or. 0094
maart 1984
-2INHOUD.
1.
Inleiding. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3
2.
Problemen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 4
3.
Opdracht. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 5
4.
De schuurbandwals............................................ 6
5.
Bet meten van de geometrische eigenschappen van de walsen
6.
Het meten van de dynamische eigenschappen van de walsen
13
7.
Aanbeveling
17
7
-3-
1.
INLEIDING.
Bij de Machinefabriek A. van der Linden B.V. te Goes worden onder andere bandschuurmachines gemaakt welke geschikt zijn am gefineerde panelen (bv. deuren) vlak te schuren. In deze machine worden de panel en aangevoerd op een met rubber beklede transportband welke wordt geleid over een vlakke ondertafel. Het schuren zelf gebeurt in twee stappen. In de eerste stap wordt het paneel op maat geschuurd door een schuurband welke over een met rubber beklede wals loopt. Met een verstelmechanisme kan men de hoogte van de wals instellen. In de tweede stap schuurt men het paneel na met een schuurband welke over een vlakke schuurvoet wordt geleid. Het naschuren gebeurt met een betrekkelijk lage vlaktedruk, omdat geschuurd wordt over een groot oppervlak. Fouten of sterke onregelmatigheden onts~aan bij het voorschuren met de waIs, kunnen slechts in beperkte mate worden verwijderd met de schuurvoet.
-42.
PROBLEMEN.
In een aantal gevallen komt het voor dat in een af te leveren machine bij het schuurproces de zogenaamde "slag" optreedt. Oit is een verschijnsel waarbij het schuurproces onregelmatig verloopt. Oe "slag" is te herkennen aan een banen patroon op het oppervlak, welke aIleen zichtbaar is als men onder een bepaalde hoek naar het paneel kijkt. Na metingen is gebleken dat iedere baan ontstaat gedurende een omwenteling van de schuurwals. Oit wijst erop dat er een nauwe relatie moet zijn tussen "slag" en de beweging van de . wals gedurende een omwenteling. Het feit dat de "slag" aIleen zichtbaar is onder bepaalde condities, geeft aan dat de diepte van een baan zeer gering is. Het meten van deze diepte is jammer genoeg niet mogelijk, omdat de hardheid, en de structuur van het fineer dat niet toelaten. WeI wijst het moeilijk zichtbaar maken van "slag" erop dat het moet gaan om diepten van 1 - 10 ~m. Oit soort afwijkingen zijn visueel op gladde opperviakken te herkennen (bij reflecterende materialen als aluminium by. krijgt men een optisch glad oppervlak bij ruwheden die kleiner zijn dan 0,01 ~m). Als we dit zo bekijken lijkt het dus mogelijk dat "slag" veroorzaakt wordt doordat het walsoppervlak enigszins excentrisch is ten opzichte van de lagers. Een excentriciteit van 0.01 m zou al een "slag" kunnen veroorzaken van 0.02 mm. Een van de maatregelen die men weI neemt om "slag" te verminderen c.q. te verhelpen, is het nasIijpen of dressen van de wals na montage in de machine. Hierbij is men verzekerd van een wals die concentrisch is ten opzichte van de lagers. Produktie technisch is dit echter geen goede oplossing, omdat men deze niet of nauwelijks toe kan passen bij het verwisselen van een wals buiten de machinefabriek zeif.
-5-
3.
OPDRACHT.
Aan de vakgroep WPB is de opdracht gegeven de geometrische nauwkeurigheid van een tweetal walsen te meten, om te controleren in hoeverre en in welke mate excentriciteiten voorkomen. Tevens bestaat dan de mogelijkheid te meten of eigenfrequenties van de wals zelf als storende faktor op zouden kunnen treden. Van de twee walsen die werden gemeten, is er een voorzien van een harde kwaliteit rubber, de andere wals is bekleed met een zeer zachte rubbersoort.
Z8 ,
08Z •
...
=
U "') ("")
U "')
=
~
rc
Ul .......
rc
c::
"l::l
...cJ l:...
::::J ::::J
u
..c:: Q.J
Ul
C1
........ 01
...... l..L..
-64.
DE SCHUURBANDWALS.
Voor dat op de metingen zelf wordt ingegaan zal in het kort de methode wOl"den beschreven welke wordt gebruikt om de wals zelf te vervaardigen. In Fig. 1. is de wals afgebeeld met een aantal hoofdmaten. Bij de fabricage van de wals wordt uitgegaan van een buis welke van binnen en buiten is uitgedraaid. Aan voor en achterzijde worden er flenzen met astappen ingelast. Daarna volgen de hiernavolgende bewerkingen: 1.
2.
3.
4.
5.
6. 7.
De wals wordt ingespannen in een klauwplaat en opgenomen in een bril. De lange tap wordt voorgedraaid en een centergat wordt geboord, doorgeboord en getapt. De lange tap wordt geplaatst in een zachte klauw, de wals. in de bril, De korte tap wordt voorgedraaid en ook in deze tap wordt een centergat geboord en een gat getapt. Vervolgens wordt de wals gerubberd. De wals wordt op een tap ingeklemd in een zachte vierklauw en ondersteund met een meelopend center. De rubberlaag wordt voorgedraaid. De as tappen worden nagedraaid. De wals wordt weer opgenomen in een zachte vierklauw en center. Er wordt uitgeklokt «0.01 mm) op de astappen. De rubberlaag wordt nu op maat geslepen. In de rubbermantel worden spiraalsgewijs groeven gesneden. In de onderzochte wals waren dit 37 groeven voor de harde rubber en 78 groeven voor de zachte rubber. De breedte van een groef is ongeveer gelijk aan de breedte van het dee 1 dat blijft staan, in het vervolg dam genoemd. Vaor de walsen bekleed met harde rubber vindt naslijpen plaats. Tot slot wordt de wals uitgebalanceerd.
Uit deze punten blijkt dat veel nieuwe inspanningen en afstellingen plaats moe ten vinden voordat de wals klaar is.
0,.)
c:::
-c:::J
co >-
U'J
U'J
+-I
0,.)
..... ..... Cl O,.)
C-
Cl
u..
c:n ........
-7-
5.
HET METEN VAN DE GEOMETRISCHE EIGENSCHAPPEN VAN DE WALSEN.
am de rondheid van de wals te meten is deze wals ingespannen tussen twee vaste centers. We hebben gekozen voor twee vaste centers om geen last te hebben van de rondloopnauwkeurigheid van een meedraaiend center. Met behu1p van 5 meetklokken (meetnauwkeurigheid < 0,005 mm), is op een aantal posities op de omtrek de uitwijking ten opzichte van de uitgangspositie opgemeten. In Fig. 2 zijn de plaatsen van de meetklokken aangegeven. Het aanta1 meetposities op de omtrek was verschi11end voor de twee wa1sen, omdat de groefgeometrie verschillend was. Voor de harde wa1s is gekozen vooor 18 meetposities op de omtrek, voor de zachte wa1s voor 39. Er deden zich de vo1gende prob1emen voor: a. de harde wa1s: Omdat de harde wals na het snijden van de groeven nogmaa1s is ges1epen was er over de dambreedte een hoogteverschil aanwezig. am van dit verschi1 zo min moge1ijk last te hebben, is altijd zo goed als mogelijk was, in het midden van een dam gemeten. b. zachte wals: De hardheid van het rubber op de zachte wals bleek zo 1aag te z~Jn, dat ze1fs de 1age tasterdruk van de meetklokjes nog te groot b1eek te zijn om zander a1 te vee1 indrukking te kunnen meten. am meten toch mogelijk te maken, is op de meetp1aats een gladde tape om de wals geplakt. Vervolgens is de tape tussen ieder paar dammetjes doorgesneden zodat er geen beinvloeding tussen de dammetjes onderling aanwezigwas. Het meten bleek hierna weI goed moge1ijk. De metingen aan iedere wals z~)n vijf keer herhaald en Zl)n vervolgens gemidde1d. De resultaten zijn grafisch weergegeven in Fig. 3 en Fig. 4. Van de metingen zijn in eerste instantie de metingen van de punten 1 en 5, de as tappen waarop de lagers worden gemonteerd, van belang. De metingen geven de concentriciteit weer van de tappen ten opzichte van de centers. Zowel uit Fig. 3 als uit Fig. 4 b1ijkt dat de posities van deze centergaten nogal wat afwijken. Dit betekent dat de metingen zoals ze beschikbaar zijn, niet direkt gebruikt kunnen wo~den om een oordeel ~e gevenover de concentriciteit van de wals ten opzichte van de astappen. Door nu een verschuiving naar het middelpunt van de astappen toe te passen kunnen de juiste posities weI worden berekend. De resultaten van deze verschuiving zijn te zien in de Figuren 5 en 6. Uit deze laatste twee figuren kunnen we de volgende conclusies trekken: 1. De as tappen zijn enigszins ovaal maar de afwijking van de nul cirkel is kleiner dan 0,005 mm, wat acceptabel is.
-82.
3.
De wals met het harde rubber vertoont een excentriciteit die ongeveer 0.01 mm is (met name meetpunt 2 en 3) en die over de lengte van de wals aan de zelfde kant van de wals ligt. Over de lengte van de wals verloopt de excentriciteit enigszins en het lijkt erop dat bij het (na)slijpen van de wals de lange tap (mpt. 5) weI goed gecentreerd is geweest (goed uitgeklokt). maar de korte kant wat minder goed. De wals met het zachte rubber vertoont een grotere excentriciteit van de wais ten opzichte van de tappen (ongeveer 0,02 mm) en hier neemt de excentriciteit toe van meetpunt 2 ... 4. Oak hier zal onvoldoende nauwkeurig uitklokken de vermoedelijke reden zijn geweest.
Canclusie van de geometrische meting: Bij beide waisen treden excentriciteiten van wais ten opzichte van de tappen op. Een reden hiervoor kan zijn het onvoldoende nauwkeurig uitkiokken voor het (na)slijpen. Wat verder op is gevallen is de onnauwkeurige positie maar vooral de slechte conditie van de centergaten, wellicht kan met weinig extra moeite hier wat aan worden gedaan, wat oak het bewerken van de walsen zal vereenvoudigen. De gehaalde nauwkeurigheden opzich zijn voor zo'n produkt ais deze walsen zeker goed te noemen, ais we echter naar de eisen kijken die de klant stelt, behoeft het wellicht toch verbetering. Of de gemeten walsen ook inderdaad "slag" veroorzaken is niet bekend, het is natuurIijk mogelijk dat de walsen ondanks de opgemeten excentriciteit toch weinig of geen "slag" vertonen. Met name voor de zachte rubber is de elasticiteit zo groot dat fouten in het oppervlak hierdoor worden opgevangen.
-9-
,
1IIPt: 5
/
/' , /'
./'
/
,
H0.01 mm . Fig.3. De metingen aan de hard rubber wals (ongecorrigeerd)
-10-
-
---.."
'"'\\
,
mpt: 5
mpt: 4
Fig. 4. De metingen aan de zacht rubber wals [ongecorrigeerd)
-11-
mpt: 2
mpt: 4
- .. ~
Fig. 5. De metingen aan de hard rubber wals [gecorrigeerd)
-12-
/"
,/'
/
---
/
I
mpt: 4
H0.01 mm Fig. 6. De metingen aan de zacht rubber wals (gecorrigeerd)
-13-
6.
HET METEN VAN DE DYNAMISCHE EIGENSCHAPPEN VAN DE WALSEN.
Het normale toerental van de wals tijdens bedrijf is 35 omw/s. In het geval dat de wals gaat trillen met een eigenfrequentie die in de buurt ligt van deze omwentelingsfrequentie, kan zelfs een kleine onbalans al grote uitwijkingen geven. Om dit te controleren zijn de walsen, in de positie waarin oak de geometrisch gemeten is, doorgemeten op hun dynamische eigenschap. In Fig. 7 is de wals schematisch weergegeven en zijn de 10 meetpunten opgetekend. In meetpunt 4 is een versnellingsopnemer aangebracht. en vervolgens zijn voor de 10 meetpunten de dynamische overdrachten bepaald. Fig. 8 toont een overdracht voor de hard rubber wals in punt 4. Duidelijk zijn twee eigenfrequenties te herkennen. Voor deze twee eigenfrequenties zijn de bewegingen van de wals weergegeven in de figuren 9 en 10. Een zelfde meting is gebeurd voor de zacht rubber wals. Hier was een zelfde patroon te herkennen en de beweging van de wals is in de figuren 11 en 12 weergegeven. Het is duidelijk dat de eigenfrequenties belangrijk boven de 35 Hz liggen. Bovendien zullen deze eigenfrequenties in de praktijk nag hager zijn omdat de lagers di~hter tegen de flenzen aanli9gen en bovendien de wals wordt ondersteund door de schuurband en het te schuren paneel. Deze gegevens duiden erop dat "slag" in eerste instantie zeker niet gezocht moet worden in de dynamische eigenschappen van de wals, tenzij de lagering van de wals bijzonder slap zou zijn, wat niet de verwachten is.
-14-
.
1 2
3
4
6 7 8 9 H
5
I
,
z, !
X
Fiq. 7. Schematische weergave van de wals X: 82.812
TRANS
Y:209.56 E-9 RI:
IA:
4
5
EXPAND
200.00
E-9
MAG
0.0 60.000
HZ
Fig. 8. De dynamische overdracht
160.00
Y
-15-
MODE
1
L
FREQ (HZ)
r----------------------------------------------------------,
:
t-----
I
I
==f=--------------------------------------------------------~------------
I___________________________________________________________.J I
74.83 DAMP (%)
7.19 5
I Z
I
Fig. 9. Uitbuigingsvorm hard rubber wals
y
* MODE
2
L
FREEQ (HZ)
r-----------------------------------------------------------:
t-----.
I
==f=----------------------------------------------------------i------------
I____ .
.Jl
~
82.92 DAMP (%)
3.89 S
I
z, I
Fig. 10. Uitbuigingsvorm hard rubber wals
*
y
-16-
MOOE 1
L
FREG (HZ)
75.12
r-----------------------------------------------------------l
r-----
I
::r:---------------------------------------i-------I
I
I_______________________________________________________.J I
DAMP (I)
4.91
I
s
z
I
Fig. 11. Uitbuigingsvorm zacht rubber wals
Lv MODE 2
..
L
FREG (HZ)
r---------------------------------------------,
t
i____
=+-----------------------------------------------1---------I [ I___________________________________________________.J . I
79.84 DAMP (I)
4.21
I
S
z r
II
Fig. 12. Uitbuigingsvorm zacht rubber wals
X
y
-17-
7.
AANBEVELING.
Maar aanleiding van de uitgevoerde metingen kunnen we als vermoedelijke oorzaak van "slag" de excentriciteit van de wals ten opzichte van de lager tappen aanwijzen. In de produktiefase moet het ontstaan deze excentriciteit worden vermeden, bijvoorbeeld door het "perfect" uitklokken van de wals voor het slijpen en naslijpen. Een andere mogelijkheid om een concentrische wals te krijgen is het naslijpen van de wals waarbij de wals draait in zijn eigen lagers, of eventueel dummy lagers. Een laatste mogelijkheid, welke in feite al wordt gebruikt, is het naslijpen van de wals na montage in de machine. Deze mogelijkheid levert echter enkele problemen op: 1e methode niet bruikbaar bij uitwisselwalsen en buiten het bedrijf. 2e door het naslijpen op deze wijze uit te voeren ontstaat er een nieuwe onbalans. Voorbeeld: De wals heeft een excentriciteit van 0,01 rom ten opzichte van zijn lagers. Bij het naslijpen haalt men deze 0,01 mm aan een zijde van de wals weg. Dit komt overeen met een volume over de hele wals van:
v
=
n
* r * e * I rom 3
waarbij: r = 140 mm straal van de wals, e = 0,01 mm excentriciteit, 1 = 1300 mm lengte van de wals. aij een soortelijke massa sg = 0,5 mg/mm 3 (rekening houdend met dam en gleuf) vinden we dan een massa van n * 140 * 0,01 * 1300 * 0,5 * 10-3~ 2,86 gr op buiten omtrek, wat overeenkomt met ongeveer 4 gr op de £lens. aij toenemende excentriciteit neemt deze onbalans natuurlijk evenredig toe.
