CN101231206B - 支承平衡机中的转子,尤其万向轴的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种支承平衡机中的转子、尤其万向轴的装置，它有一个轴承支架(10)和一个借助弹性杆(3)能振动地支承在轴承支架上的支架上部(11)，该支架上部有一根用于可旋转地支承转子的主轴(12)。支架上部(11)借助弹性杆组(19、19′)支承在轴承支架(10)上，其中，弹性杆组(19、19′)布置为离主轴(12)的旋转轴线有一个距离以及彼此有一个间距，以及弹性杆组(19、19′)的弹性杆的纵轴线平行于主轴(12)的旋转轴线定向。弹性杆组(19、19′)的弹性杆有一种细长的形状，使得它们沿轴向的刚度比它们的径向抗弯刚度至少大100倍，尤其至少大300倍。

Description

支承平衡机中的转子，尤其万向轴的装置

技术领域

本发明涉及一种支承平衡机中的转子、尤其万向轴的装置，包括一个轴承支架和一个借助弹性杆能振动地支承在轴承支架上的支架上部，支架上部具有一个用于可旋转地支承转子的转子轴承。

背景技术

在由DE3716210A1已知的一种前言所述类型的装置中，弹性杆布置在垂直于转子轴线的平面内。在这里转子可以在一个垂直于弹性杆的平面内实施振动并与此同时还可实施点头振动。

万向轴为了平衡通常在水平位置内将其端部固定在两根可旋转的主轴上。在转速较高时，通常直至工作转速，要测量不平衡度。预先规定测量转速并针对以后的装入状况，因为万向轴的不平衡状态可随转速改变。其原因是在关节内和可能在滑块内的间隙和摩擦以及万向轴管的弯曲。

为了尽可能近似运行地平衡万向轴，需要自动的万向轴平衡机，其中随着一起振动的质量和主轴支承装置的刚度意味着是运行相似条件。有意识地取消随同振动的质量的特别轻的结构形式。通过轴承支架上部的这种基本上在各向同性和质量条件下的硬性设计，模拟发动机体和规定万向轴与之接合的差动传动装置的动态特性，为的是使万向轴尽可能近似运行地平衡。因此也测定振动的轴承支架上部的弹性支承，使要测量不平衡度的转速处于轴承支架的自然频率之上，并因而使平衡机可以在“超临界”范围内工作。

在已知的万向轴平衡机中支承能振动的轴承支架部分的弹性***由板簧组成。不过这种板簧可能在受载时扭曲或鼓突。由此形成轴承支架更高的处于测量转速之上的自然频率。所述更高的自然频率的第一种固有形状通过轴承支架上部的点头振动表征，以及相应的频率称为摆动谐振(Kippresonanz)。若将平衡转速置于摆动谐振附近，则不再能准确检测不平衡度。更严重的是，由于谐振增大在平衡机结构内产生大的应力。其结果是会导致构件损坏和危及平衡机和人员。因此可能用于不平衡度测量的转速向上以摆动谐振为界。这可能要求减小在轴承支架上部用于万向轴的夹具的质量以及还要求减小万向轴的质量到如此程度，以致平衡机不再可能用所要求的测量转速工作。

发明内容

因此本发明要解决的技术问题在于，创造一种前言所述类型的用于能振动地支承转子的装置，它有一个大的无谐振的测量转速范围。此装置起先的那些固有形状应有尽可能低的自然频率，以便能实施超临界的不平衡度测量，以及更高固有形状有尽可能高的自然频率。此外本发明要解决的技术问题是将支架上部的弹性支承装置设计为，使之沿水平和垂直方向有大体相同的刚度。

所述技术问题按本发明通过权利要求1给出的特征得以解决。本发明有利的设计在其他权利要求中给出。

按本发明，支架上部借助至少三根弹性杆支承在轴承支架上，其中，这些弹性杆与转子轴承的旋转轴线相隔一个距离以及彼此间隔地布置，以及弹性杆的纵轴线平行于转子轴承的旋转轴线定向，以及，弹性杆有细长的形状，使得它们沿轴向的刚度比它们的径向抗弯刚度至少大100倍，尤其至少大300倍。特别有利的是，弹性杆沿轴向的刚度比它的径向抗弯刚度至少大500倍。

在按本发明的设计中，当支架上部沿一个相对于转子轴承旋转轴线径向的方向运动时要求弹性杆弯曲，在这种情况下应将弹性杆的刚度设计为，使支架上部的下部自然频率处于期望的测量转速之下并因而可以在超临界区内实施不平衡测量。反之，当支架上部摆动运动时弹性杆受拉或压负荷，此时它们的刚度由于细长的形状至少大100倍。其结果是，支架上部的摆动谐振提高到下部自然频率的2.5至3倍，从而形成一个大的免谐振的可利用于不平衡度测量的频率范围。按本发明的设计另一个优点是，弹性支承装置基本上是各向同性的以及沿所有相对于转子轴承旋转轴线径向的方向有相同的刚度。此外，本发明可以实现一种结构非常简单和便宜的设计。

按本发明另一项建议可以规定，在两个平行的离转子轴承旋转轴线有相同距离的平面内，各布置至少两根平行于旋转轴线的弹性杆，其中一个平面的弹性杆对称于另一个平面的弹性杆设置。为了在保持有刚度区别的情况下提高弹性支承装置的承载能力，按本发明另一项建议，在两个平行于转子轴承旋转轴线的平面内分别设置两个彼此隔开距离排列的弹性杆组，它们由多根平行于旋转轴线的弹性杆组成。在这里各个弹性杆组可以是整体金属薄板的组成部分，其中，各弹性杆构成穿过金属薄板的平行缝，以及在它们的端部通过金属薄板的无缝段互相连接。这种结构可以经济地制成和能方便地装配弹性杆组。

本发明的弹性杆布局对于绕转子轴承旋转轴线的扭矩还比较柔性。业已证实这种柔性是有害的，因此按本发明的另一项建议可以采用一个扭矩壁座，它将支架上部与轴承支架连接起来，以及，沿所有相对于旋转轴线径向的方向有低的刚度，反之，在因支架上部扭转加载时有高的刚度。优选地，所述的扭矩壁座有两根平行的第一弹性杆，它们以一端固定在支架上部上以及以另一端固定在抗弯刚性的中段上，以及有两根平行的第二弹性杆，它们横向于第一弹性杆纵向地延伸并以一端固定在连接段上和以另一端固定在轴承支架上。第一和第二弹性杆及连接段可以有利地从一块金属薄板整体剪裁制出。

此外，按本发明还可以规定，支架上部有一根可旋转地支承的包括一个用于夹紧转子端部的卡盘的主轴，以及有一台用于旋转地驱动主轴的电动机。这种设计赋予能振动的支架上部更大的质量，通过此质量模拟取决于要平衡的万向轴装入状态的动态特征。由此在不平衡度测量时达到更加接近万向轴以后的运行状况。

附图说明

下面借助附图中表示的实施例详细说明本发明。其中：

图1表示按本发明的装置示意图；

图2表示按本发明的轴承支架上部的振幅随转速的变化曲线；

图3表示具有一个支承在四组弹性杆上的支架上部的万向轴平衡机轴承支架视图；以及

图4表示具有附加的扭矩支承装置的万向轴平衡机轴承支架。

具体实施方式

图1所示用于说明本发明的装置包括一个轴承支架1，它可以通过底座2稳定地例如固定在机架上。在轴承支架1上彼此间隔距离地固定三根平行的弹性杆3，它们平行于底座2的支承面并因而沿水平延伸。弹性杆3相对于轴承支架1的垂直中心面对称布置。这些弹性杆3长度相同。在它们的自由端固定支架上部4，该支架上部在其中心有一个转子轴承5用于可旋转地支承转子。转子轴承5的旋转轴线6在轴承支架1的所述中心面内平行于弹性杆3地延伸。

在图1所示装置中，例如由于支承在转子轴承5内旋转的转子的不平衡度引起的沿X方向和Y方向的负荷，导致使弹性杆3弯曲。因为弹性杆3的抗弯力矩基于它们细长的形状比较小，所以支承装置的刚度也较小；所述支承装置软弱以及其结果是使支架上部4起先的那些固有形状有低的自然频率。

在进行用箭头K表示的点头振动或摆动振动时，弹性杆3受拉力和压力负荷。在受这种负荷时，弹性杆3的刚度提高许多倍并导致支架上部4一种比较硬性的支承装置。在这里所述支承装置的硬度不仅仅取决于弹性杆3的抗拉和抗压刚度，而且还附加地取决于它们的间距，因为随着间距增大在弹性杆3上由振动诱发的摆动力矩引起的力减小。现在本发明基于以下认识：尤其通过弹性杆特别细长的形状设计以及在弹性杆之间足够大的距离，在受摆动力矩荷载时，支架上部4的支承刚度与沿径向的支承刚度相比可以提高到这样的程度，即，使支架上部4对于更高固有形状的自然频率是起先的那些固有形状自然频率的三至四倍，从而在起先的那些固有形状低的自然频率与下一个较高的摆动谐振之间，形成一个宽的无谐振的可以用于超临界不平衡度测量的转速区。

图2所示的曲线说明了这一情况。在图中画有作为纵坐标的按本发明的装置支架上部的振幅A随转速n的变化曲线。振幅UE表征在转速较低时出现的下部自然频率。随转速增加与之相继的是一个较宽的无谐振的转速范围UMB，不平衡度测量可以在此区域内实施。此区域向上以摆动谐振KR为界，它是由支架上部更高固有形状的自然频率造成的。

图3表示轴承支架10，它是一种有两根用于支承万向轴的对置主轴的平衡机的组成部分。轴承支架10有一个能振动的支架上部11，具有一个用于夹紧万向轴端部的卡盘13的主轴12安装在此支架上部内。此外，电动机14也固定在支架上部11上。电动机14安排在主轴12下方以及通过皮带传动装置15与主轴12接合。

轴承支架10有一个板状底座16，从底座向上竖起两个平行的支架臂17、17′。主轴12和电动机14的外壳伸入到所述臂17、17′之间的空隙内。两个设计在支架上部11的臂18、18′与臂17、17′相邻，它们从主轴12的外壳一直延伸到底座16附近。

为了使支架上部11与轴承支架10弹性连接采用四组弹性杆，它们分别由多根平行的弹性杆组成。彼此结构相同的弹性杆组19、19′布设在两个平行于主轴轴线的垂直平面内，并固定在相邻臂17、18或17′、18′的处于这两个平面内的外表面上，使弹性杆沿水平方向平行于主轴12的轴线延伸。两组弹性杆19将臂17、17′的上端与臂18、18′连接起来。另外两组弹性杆19′将臂18、18′的下端与臂17、17′连接在一起。

弹性杆组19、19′优选地由矩形的弹簧钢薄板制成，它通过许多平行的纵缝分成一根根弹性杆，它们在端部通过薄钢板的边缘段互相连接在一起。弹性杆组19、19′的各弹性杆有细长的形状，其直径d与长度1之比约为1∶15。由此算出当受拉荷载和压荷载时弹性杆的径向抗弯刚度C_r与轴向刚度C_a之比为1∶300。刚度比C_r/C_a仅取决于各弹性杆的形状设计，而与弹性杆的数量无关。因此，通过选择弹性杆组19、19′的弹性杆数量可以使支架上部11的支承与要承受的载荷相适应，由此并不改变由弹性杆形状决定的刚度比C_r/C_a。

通过在所介绍的实施例中沿弹性杆组19、19′轴向高三百倍的刚度以及通过弹性杆组19、19′沿水平和垂直方向彼此具有的间距，在支架上部11沿垂直和水平方向有大的柔性的同时，达到支架上部11面对点头振动或摆动振动时有非常强劲的支承。这就可以实现支架上部低的下部自然频率和离摆动谐振和上部自然频率大的频率间距。

在受绕主轴12轴线的扭矩荷载时弹性杆组19、19′的刚度也比较小。若打算基本上防止支架上部扭转，例如可以借助扭矩座达到。图4表示这种扭矩座的实施形式。

在图4中，图3所示的装置通过其轴承支架10固定在长方六面体形状的基座20上。此外，基座20通过扭矩座21与支架上部11连接。扭矩座21由一个抗弯刚性的中段22组成，它有两个互相成直角布置的臂23、24。从其中一个垂直定向的臂23出发，沿水平方向延伸两个彼此隔开距离平行排列的弹性杆25。弹性杆25的端部借助一块连接它们的腹板26固定在基座20上。由此将中段22扭转刚性但可垂直运动地固定在基座20上。另一个水平臂24通过两个彼此隔开距离平行排列的垂直定向的弹性杆27与支架上部11的臂18和18′连接。弹性杆27可以在支架上部11与中段22之间沿水平方向相对运动。

通过扭矩座21所说明的设计，不受限制地保持支架上部沿水平和垂直方向的弹性。在设计弹性杆组19、19′时可以考虑弹性杆25和27附加的弹性阻力。然而作用在支架上部11上的扭矩导致弹性杆25、27的拉荷载或压荷载。在承受这种载荷时弹性杆25、27很强劲，所以支架上部11不会实施明显的绕主轴轴线的转动。

Claims (6)

1.一种平衡机中的万向轴支承装置，包括轴承支架和仅借助弹性杆(3)能振动地支承在该轴承支架上的支架上部(11)，该支架上部具有水平定向的可旋转地支承的主轴(12)，该主轴有用于夹紧万向轴一个端部的卡盘(13)和用于旋转驱动主轴(12)的电动机(14)，其中，所述弹性杆(3)平行于主轴(12)的旋转轴线(6)定向以及以相同数量排列在两个平行的离主轴(12)旋转轴线距离相同的垂直平面内；在每个平面内构成至少两个彼此隔开距离排列的弹性杆组(19、19′)；以及，所述弹性杆(3)有细长的形状，使其沿轴向的刚度比其径向抗弯刚度至少大100倍。

2.按照权利要求1所述的装置，其特征为，弹性杆沿轴向的刚度比它们的径向抗弯刚度至少大300倍。

3.按照权利要求1或2所述的装置，其特征为，各弹性杆组(19、19′)是整体金属薄板的组成部分，其中，各弹性杆构成穿过金属薄板的平行缝，以及在它们的端部通过金属薄板的无缝段互相连接。

4.按照权利要求1或2所述的装置，其特征为，设扭矩壁座(21)，它将支架上部(11)与轴承支架(19)连接起来；以及该扭矩壁座(21)沿旋转轴线的径向有低的刚度，反之，在因支架上部(11)扭转加载时有高的刚度。

5.按照权利要求4所述的装置，其特征为，扭矩壁座(21)有两根平行的第一弹性杆(27)，它们以一端固定在支架上部(11)上以及以另一端固定在抗弯刚性的中段(22)上，以及有两根平行的第二弹性杆(25)，它们横向于第一弹性杆(27)的纵向地延伸并以一端固定在中段(22)上以及以另一端固定在轴承支架(10)上。

6.按照权利要求5所述的装置，其特征为，第一和第二弹性杆(27、25)与中段(22)从一块金属薄板整体剪裁制出。

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