CN101749362A - 用于支承带有转动体的装置的支承装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种支承装置，该支承装置用于支承一包括至少一个端板、设置在端板中的旋转轴承以及竖直地支承在所述旋转轴承中的转动体的装置，其中，当所述装置支承在所述支承装置上时，转动体的旋转轴线基本上竖直地定向，并且该支承装置具有弹性特性。这里所述支承装置的弹性特性是方向相关的，特别是正交各向异性的。由于支承装置的方向相关的弹性特性，通过转动体的旋转运动激励的振动作用在一个支承部上，该支承部的旋转中心不与转动体的旋转轴线重合，而是与所述旋转轴线隔开。由此所述支承装置明显较为难以被激励发生不稳定的振动，从而可以有效地对其进行阻尼衰减。

Description

用于支承带有转动体的装置的支承装置

技术领域

本发明涉及一种支承装置，该支承装置用于支承一包括至少一个端板(Lagerschild)、一设置在端板中的旋转轴承以及一支承在所述旋转轴承中的转动体的装置，其中，当所述装置支承在所述支承装置上时，转动体的旋转轴线基本上竖直地定向，并且，该支承装置具有弹性的特性。例如该支承装置可以设定为用于支承马达或离心机，所述马达具有可旋转地支承的元件，例如轴。

背景技术

由于不是完全旋转对称的质量分布，在实际的带有旋转的转动体的装置中出现离心及轴承力，所述离心及轴承力导致转动体的弹性变形以及是所述装置发生振动和形成噪声的原因。随着转动体转速的升高，离心及轴承力提高。如果转动体的转速超过一被称为谐振转速的临界转速，则转动体的变形又随着转速的升高而降低。在谐振转速以上，在很多装置中出现所谓的极限转速。在经过极限转速之后，由于转动体的转速可以观察到转动体的无阻尼的固有振动，这种固有振动可能是由外部的激励、例如外部的冲击引起的，所述外部冲击可能是由旋转的转动体的摩擦机构、滑动轴承效应等引起的。这种固有振动会随着时间逐渐加剧而变得越来越强烈并可能导致装置的不稳定或者导致其损坏。由于这个原因，在装置运行中，对于转动体的转速优选选择一个这样的值，该值在谐振转速之上，并在极限转速之下。这里希望，由于运行中音量的原因，以及也是出于运行特性的原因，将谐振转速保持尽可能小，而将极限转速设置得尽可能高，以便即使在高转速下也保持装置的动态稳定的运行。特别是当所述装置是离心机或离心机的一部分时，希望有高的转速，因为高的转速会带来离心机高的分离效率。

为了避免所述装置的不稳定状态和其可能的损坏，已知应对通外部的冲击激励的振动进行阻尼。对于所述阻尼区分为内部阻尼和外部阻尼。内部阻尼是通过所有旋转的部件的夹紧配合、摩擦、间隙或刚度由结构条件来确定的。相反，外部阻尼直接取决于支承结构。这里除了支承结构的刚度和作用点以外，特别是所使用的材料的阻尼有直接的影响。极限转速又取决于外部阻尼和内部阻尼的比例，因为内部阻尼由于跟随旋转起失稳的作用，而外部阻尼由于是静止的而起稳定的作用。因此，为了支承所述装置，通常优选采用具有弹性特性的支承装置，所述支承装置的任务主要是对不平衡地激励的振动进行阻尼衰减以及避免极大的轴承力。

通常这种支承装置具有旋转对称地绕转动体的旋转轴线设置的橡胶缓冲器作为支承元件。橡胶缓冲器尽管是廉价的，但却有这样的缺点，即，对于橡胶，阻尼特性和弹性特性在很窄的界限内彼此相关，并且不能彼此独立地任意调节，从而对于橡胶缓冲器，对于阻尼的有效性，存在与材料相关的界限。尽管可以通过采用具有并联的例如粘性的缓冲器的弹簧系统来绕开所述限制，但这种弹簧系统较为昂贵。

发明内容

因此，本发明的目的是，在具有在运行中竖直定向的转动体的装置中经济地提高极限转速。

所述目的通过具有权利要求1的特征的支承装置以及通过具有权利要求12的特征的装置来实现。优选的实施形式是各从属权利要求的内容。

根据本发明设想一种用于所述装置的支承装置，所述支承装置的弹性特性是方向相关(有方向性)的并且特别是正交各向异性的。这里所述弹性特性可以用材料的弹性模量来描述或量化，或者所述弹性特性可以等于材料的弹性模量。此时弹性特性的方向相关性等同于方向相关的弹性模量。通常将这样的材料称为是正交各向异性的，所述材料具有方向相关的弹性特性，但其中拉伸和剪切变形之间不会出现耦联。由于支承装置的方向相关的弹性特性，通过转动体的旋转运动激励的振动到达(作用在)一个支承部上，与传统的支承装置中不同，该支承部的旋转中心不与转动体的旋转轴线重合，而是与所述旋转轴线隔开或偏心地设置。由此所述支承装置明显较为难以被激励发生不稳定的振动，从而可以有效地对其进行阻尼衰减。这会使得为了所述装置的稳定运行而不应超过的极限转速的提高，这里可以放弃使用昂贵的并且易于磨损的阻尼元件，如粘性阻尼器、摩擦阻尼器等。所述弹性特性的方向相关性或正交各向异性越强，则可以实现的极限转速的值就越大，而支承装置的刚度越小，则所述弹性特性的方向相关性就可以越强。这里有利地不提高谐振转速。由此在所述装置运行中出现的音量以及在运行中出现的轴承力都不提高，这又对所述装置的使用寿命起有利的作用。此外，如果提高内部阻尼尽管是不希望的，但由于结构的原因这种提高是不可避免的，则本发明还允许提高内部阻尼。这种情况通常出现在复杂的转动体结构中，例如所谓“生物密封(bio-dicht)”的转动体，所述转动体由多个相互连接的单个部件组成，或者出现在采用自锁的轴/毂联接器的情况下。

由于通过外部的冲击激励的振动主要具有垂直于旋转轴线的振动分量，所述弹性特性有利地与垂直于支承在支承装置上的装置的转动体的旋转轴线的方向相关，以便有效地对所述振动分量进行阻尼衰减。

对于所述支承装置可以实现各种不同的构型。例如所述支承装置可以构成为一体的。特别是所述支承装置可以包括至少一个支承元件。支承装置的方向相关的弹性特性在一体的支承装置中以及在各单个支承元件内部都可以通过多个空腔来实现，各所述空腔具有方向相关的分布密度和/或其尺寸方向相关地变化。或者也可以对一体的支承装置或一支承元件的部分区域根据支承装置或支承元件的材料的不同例如利用不同的温度、压力或环境气氛进行不同的处理，以产生分区域不同或连续变化的弹性特性。

如果所述支承装置包括两个或更多个支承元件，则各所述支承元件可以相对于支承在其上的装置的转动体的旋转轴线旋转对称地设置，其中，所述支承元件中的至少两个具有不同的弹性模量。例如当具有在其它情况下相同的弹性模量的支承元件旋转对称地设置时，唯一一个支承元件具有与其余的支承元件的弹性模量不同的弹性模量，其中该支承元件的弹性模量可以大于或小于其余支承元件的弹性模量，则已经足以产生方向相关的弹性特性。另一方面，所述支承装置也可以具有多个相对于支承在其上的装置的转动体的旋转轴线不对称地设置的支承元件。在这种支承装置中，可以简单地通过相应地设置各支承元件来形成弹性特性希望的方向相关性。这里可以将所述支承元件中的至少两个相邻地设置。例如对于具有旋转对称设置的、都具有相同的弹性模量的支承元件的支承装置，可以简单地设置另一个具有相同的弹性模量的支承元件，该另一个支承元件与上述支承元件中的一个相邻地设置，其中，所述两个相邻的支承元件可以相接触或不相接触地设置。除此以外，还可以将所述支承元件中的一个的尺寸确定为不同于其余的支承元件。即使当支承元件不是旋转对称地设置时，所述支承元件中的至少两个也可以具有不同的弹性模量，以便强化支承装置的方向相关的特性。在当支承元件旋转对称或不旋转对称设置时有两个支承元件具有不同的弹性模量的情况下，所述支承元件中的一个可以具有空腔，而至少一个支承元件没有空腔。

由于成本原因以及由于易于获得性的原因，所述支承装置特别优选至少部分由橡胶或者所述支承元件中的至少一个由橡胶组成。由于所述方向相关的弹性特性，已经证明，对于橡胶常见的阻尼及弹性特性的相关性在本发明中不再是不利的。

所述支承装置可以构成为与由其支承的装置是完全分开的。但优选所述支承装置的至少一部分与所述装置可分开或不可分开地相连，以便在任何时候都能够快速和简单地支承或停放所述装置。例如由此可以使所述支承装置的唯一一个支承元件或所有支承元件与所述装置可分开地或不可分开地相连。所述连接原则上可以以所有可能的方式实现，例如通过螺钉、铆钉、插接、粘结、焊接、夹紧等方式实现。

所述装置的旋转轴承优选是滚动轴承或滑动轴承。但其它合适的轴承也可以用作旋转轴承。

此外，所述装置可以是马达或包括马达或包括用于驱动转动体的马达或能够与所述马达相连。所述装置此时优选具有轴/毂联接器，并且特别是自锁的轴/毂联接器，所述轴/毂联接器是从轴或轴颈向旋转的毂传递转矩和功率的一种标准化连接形式。此外，转动体还可以可选或附加地手动驱动，并且为此目的所述装置例如可以具有一手摇曲柄驱动装置。

所述装置特别优选地是离心机或离心机的一部分，例如是离心机的马达。如果所述装置是离心机，则所述装置此外还具有联接装置和离心机转子，所述离心机转子可以悬伸地支承，其中转动体和离心机转子通过联接装置相互连接，以便通过所述转动体驱动离心机转子。但在所述装置上可以悬臂式地联接其它元件。此外，所述装置例如还可以通过所述支承装置支承在一壳体中。

附图说明

下面根据附图来详细说明本发明。其中：

图1a)示出具有根据第一实施例的支承装置和支承在该支承装置上的装置的布置结构的示意性横向剖视图；

图1b)示出图1a)的布置结构的俯视图；

图2示出一一体式的支承装置的横向剖视图；

图3a)示出具有根据第二实施例的支承装置和支承在该支承装置上的装置的布置结构的示意性横向剖视图；

图3b)示出图3a)的布置结构的俯视图；

图4a)示出具有根据第三实施例的支承装置和支承在该支承装置上的装置的布置结构的示意性横向剖视图；

图4b)示出图4a)的布置结构的俯视图；以及

图5示出支承在所述支承装置上的离心机。

具体实施方式

在图1a)中示出一强烈简化示出的、具有由橡胶材料制成的根据第一实施例的支承装置1和支承在该支承装置上的装置2的布置结构的示意性横向剖视图。图1b)示出图1a)的布置结构的俯视图。装置2包括基本上为圆柱形的壳体3、设置在壳体3中的上部的端板4和下部的端板5、设置在上部的端板4中的旋转轴承6和设置在下部的端板5中的旋转轴承7，以及作为转动体的可绕一旋转轴线12旋转地支承在旋转轴承6和7中的轴8。此外所述装置2还包括一马达9作为用于轴8的驱动装置，该马达同样设置在壳体3中并通过一轴/毂联接器10与轴8相连。

在当前情况下对于两个旋转轴承6和7都设置滑动轴承。但可选地，也可以将两个旋转轴承6和7都构成为滚动轴承；但也可以只是所述旋转轴承6和7中的一个是滚动轴承，而相应的另一个旋转轴承6和7是滑动轴承。此外，在所示布置结构中，支承装置1不与装置2相连，其中，也可以没有任何限制地使装置2和支承装置1可分开地例如通过螺纹连接和不可分开地例如通过粘结相互连接。

如图2中所示，在支承装置1的横截面中可以看到，支承装置1在内部具有多个圆形的空腔11，所述空腔的分布密度以及直径在图2中从左向右连续地降低。支承装置1最右侧的部分甚至完全没有空腔11。由于所述空腔11，支承装置1在图2中的左侧具有与图2中右侧上的弹性特性不同的弹性特性，在空腔11的分布密度以及其直径最大的左侧，支承装置1比起有较少或根本没有空腔11的右侧有明显更大的弹性。由此支承装置1的弹性特性从右向左并且特别是垂直于旋转轴线12地连续升高并因此是方向相关的。

在装置2的运行中，轴8由马达9通过轴/毂联接器10驱动并以确定的转速在旋转轴承6和7的内部绕旋转轴线12旋转，所述转速在装置2的谐振转速之上。由于旋转的轴8上的摩擦机构、滑动轴承效应等导致的外部的冲击，会出现无阻尼

的固有振动。但因为支承装置1的弹性特性是与垂直于旋转轴线12的方向相关的，所述振动在不同的方向上受到不同强度的阻尼衰减；换句话说，支承装置1的旋转中心不是位于旋转轴线12上，而是相对于旋转轴线偏移。因此振动难以加剧并且装置2的极限转速由此得到提高。

图3a)示出一种布置结构，在该布置结构中，装置2支承在一根据本发明的设计得不同的支承装置13上。这种布置结构的俯视图在图3b)中示出。支承装置13举例地包括三个旋转对称地绕轴8的旋转轴线12设置的支承元件14、15、16。所述支承元件14、15、16都不与装置2相连，但除此以外，也可以有任意数量的或全部的支承元件14、15、16如上所述与装置2可分开地或不可分开地相连。

两个支承元件14和15具有相同的弹性特性。相反支承元件16的弹性特性与支承元件14和15的弹性特性不同，由此实现了支承装置13的弹性特性的方向相关性。例如支承元件16可以比支承元件14、15的弹性更大，因为该弹性元件16例如具有空腔，所述空腔与在图2中所示的支承装置1不同均匀地分布在支承元件16的内部。或者支承元件16也可以构成为比支承元件14和15的弹性小，因为现在支承元件14和15具有所述空腔。同样，也可以使所述支承元件14、15和16都不具有空腔，而是通过适合地选择组成各相应的支承元件14、15和16的材料，实现对于支承元件14、15和16的不同弹性特性。和支承装置1一样，支承装置13也由于其在垂直于旋转轴线12的方向上的方向相关的弹性特性与支承装置1中的弹性特性作用相同的方向相关的弹性特性。

图4a)和4b)分别以横向剖视图和俯视图示出一种布置结构，在该布置结构中所述装置2支承在根据本发明的支承装置17的另一个实施形式上。

支承装置17举例性地包括四个具有分别相同的弹性特性的支承元件18、19、20和21，其中，所述支承元件18、19、20和21中的每一个都可以具有空腔或者不具有空腔。支承元件18、19、20和21中的三个，即支承元件18、19、20和在支承装置13中一样相对于旋转轴线12旋转对称地设置。相反第四支承元件21与支承元件20直接相邻地设置，此时这两个支承元件20和21相接触。总体上通过支承元件21的所述设置破坏了相对于旋转轴线12的旋转对称性；支承元件18、19、20和21相对于旋转轴线12不对称地设置。此外，支承元件20和21相邻的设置还使得支承装置17在它们的周边区域内具有比支承元件18和19的相应的周边区域内小的弹性。因此，沿离开支承元件20和21指向的、垂直于旋转轴线12的方向，支承装置17的弹性特性增加。在支承装置17的一个可选的实施形式中，各单个支承元件18、19、20和21也可以具有不同的弹性模量。

最后，在图5中示出一离心机22，该离心机支承在一具有方向相关的弹性特性的支承装置23上。支承装置23的构型对应于前所述的支承装置1、13和17中任意一个的构型。离心机22包括具有可旋转地支承的转动体25的马达24、联接装置26和悬伸地支承的离心机转子27。转动体25和离心机转子27通过联接装置26相互连接。

在离心机22的运行状态下，离心机转子27由马达24的旋转的转动体25通过联接装置26驱动。转动体25和离心装置27以在离心机22的谐振转速以上的确定的转速绕旋转轴线28旋转。这里，支承装置23由于其方向相关的弹性特性使得无阻尼的固有振动难以加剧，并由此确保提高离心机22的极限转速。

Claims (14)

1.支承装置(1、13、17、23)，该支承装置用于支承一包括至少一个端板(4、5)、设置在端板(4、5)中的旋转轴承(6、7)以及支承在所述旋转轴承(6、7)中的转动体(8、25)的装置(2、22)，其中，当所述装置(2、22)支承在所述支承装置(1、13、17、23)上时，转动体(8、25)的旋转轴线(12、28)基本上竖直地定向，并且，该支承装置(1、13、17、23)具有弹性特性，其特征在于，所述支承装置(1、13、17、23)的弹性特性与垂直于支承在支承装置上的装置(2、22)的转动体(8、25)的旋转轴线(12、28)的方向相关，特别是正交各向异性的。

2.根据权利要求1所述的支承装置(1、13、17、23)，其特征在于，所述支承装置(1、13、17、23)具有多个空腔，各所述空腔具有方向相关的分布密度和/或其尺寸方向相关地变化。

3.根据前述权利要求中任一项所述的支承装置(1、13、17、23)，其特征在于，所述支承装置(1、13、17、23)包括至少两个支承元件(14、15、16)，各所述支承元件相对于支承在所述支承装置上的装置(2、22)的转动体(8、25)的旋转轴线(12、28)旋转对称地设置，其中，所述支承元件(14、15、16)中的至少两个具有不同的弹性模量。

4.根据权利要求3所述的支承装置(17、23)，其特征在于，所述支承装置(17、23)具有多个相对于支承在支承装置上的装置(2、22)的转动体(8、25)的旋转轴线(12、28)不对称地设置的支承元件(18、19、20、21)。

5.根据权利要求4所述的支承装置(17、23)，其特征在于，所述支承元件中的至少两个支承元件(20、21)相邻地设置。

6.根据权利要求4或5所述的支承装置(17、23)，其特征在于，所述支承元件(18、19、20、21)中的至少两个具有不同的弹性模量。

7.根据权利要求3或6所述的支承装置(1、13、17、23)，其特征在于，至少一个支承元件(14、15、16、18、19、20、21)具有多个空腔，而至少一个支承元件(14、15、16、18、19、20、21)没有空腔。

8.根据前述权利要求中任一项所述的支承装置(1、13、17、23)，其特征在于，所述支承装置(1、13、17、23)至少部分地由橡胶制成。

9.根据前述权利要求中任一项所述的支承装置(1、13、17、23)，其特征在于，所述支承装置(1、13、17、23)的至少一部分与所述装置(2、22)可分开或不可分开地相连。

10.装置(2、22)，该装置包括至少一个端板(4、5)、设置在端板(4、5)中的旋转轴承(6、7)以及支承在所述旋转轴承(6、7)中的转动体(8、25)，其特征在于，该装置(2、22)包括根据权利要求1至9中任一项所述的支承装置(1、13、17、23)。

11.根据权利要求10所述的装置(2、22)，其特征在于，所述旋转轴承(6、7)是滚动轴承或滑动轴承。

12.根据权利要求10或11所述的装置(2、22)，其特征在于，所述装置(2、22)是马达或包括马达(24)或包括用于驱动转动体(8)的马达(9)或能够与这样的马达相连。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的装置(2、22)，其特征在于，所述转动体(8、25)能够手动地驱动。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的装置(22)，其特征在于，所述装置(22)是离心机或离心机的一部分。

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