Das Streifen einer rotierenden Welle an einem federnden Hindernis — Spiralschwingungen

Übersicht

Das Streifen einer rasch rotierenden Welle an einem feststehenden, idealelastisch gefederten Hindernis wird untersucht. Es entsteht eine Wärmeentwicklung an einer örtlich begrenzten Stelle der Welle, was eine thermisch verursachte Verbiegung der Welle zu Folge hat, welche im Laufe der Zeit Größe und Richtung bezüglich der Welle ändert; dies im Gegensatz zur mechanisch verursachten Verbiegung durch die Schwerpunktsexzentrizität (mechanische Unwucht). Die gesamte Verbiegung ergibt bei konstanter Drehzahl einen zeitabhängigen Schwingungsvektor im rotierenden System, wobei die Spitze eine Spirale mit der Umdrehungszeit in der Größenordnung von Stunden beschreibt. Dieser sogenannte Newkirk-Effekt kann dann als instabil bezeichnet werden, wenn die Spirale nach auswärts dreht. Ein kürzlich in diesem Heft veröffentlichter Aufsatz [1] über das gleiche Thema muß als Grenzfall der hier erweiterten thermisch-mechanischen Beziehung gewertet werden.

Summary

A study is presented of the rubbing of a high speed rotating shaft on an elastically mounted stationary object. There is local heating of the shaft which leads to the shaft bowing due to the resulting thermal expansion. This thermal bow gradually changes in magnitude and position relative to the shaft, which is not the case with the mechanical bending caused by eccentricity of the mass centre (mechanical unbalance). The total bowing at constant speed can be represented by a time-dependent vibration vector in the rotating system. The point of the vector describes a spiral typically taking several hours to complete one turn. The Newkirk effect, as this is called, can be defined as unstable, if the spiral increases in magnitude. A recently published article [1] on this subject must be considered as a limiting case of the thermo-mechanical relationships developed here.