CN103195865A - 支承装置及其支承模拟试验台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于支承转子的支承装置，其特征在于，包括：对称式弹性变刚度支承机构；以及四轴联动组件，用于支承及调整对称式弹性支承机构，其中，对称式弹性变刚度支承机构包含：支承板；复数个弹性定位单元，每个弹性定位单元设有用于支承固定的定位杆、与定位杆固定连接并且具有弹性的板簧、套接在板簧两端的两个变刚度滑块、通过调节板簧的接入长度来改变弹性及刚度的变刚度联轴构件以及用于固定安装变刚度联轴构件的连接板；用于固定复数个定位杆且被每个定位杆都均匀贯穿的环形构件；以及位于支承板的另一侧面上的支承调节单元，用于对复数个弹性定位单元同步调节使复数个弹性定位单元接近或远离转轴。

Description

支承装置及其支承模拟试验台

技术领域

本发明涉及一种支承装置，特别涉及一种对转子中的转轴进行对称式弹性变刚度支承的支承装置及其支承模拟试验台。

背景技术

目前，大多数的转子支承系统是利用轴承支承转子，并用轴承座刚性连接支承轴承，当制造、安装、以及材料本身的缺陷等原因使转子产生离心力时，刚性连接构造会加速转子、轴承等各个零件的磨损，使机器寿命减少。当转子支承系统安装完成后，传统的支承构造的整体刚度就已经确定，不能对转子支承系统再进行刚度的线性调节，在为避免转子系统的共振问题上增大了设计难度。少数精密转子支承系统利用簧片式弹性阻尼支承，但此结构具有无法承受较大重量的转子且极易产生疲劳破坏的缺陷。一种改进的转子支承系统是采用单一板簧对转子系统进行支承，此结构的缺点是：只采用单一的板簧对转子进行支承，由于板簧自身的各个方向的刚度并不相同，从而对转子系统的刚度调节各个方向具有较大的差异，板簧的刚度无法调节导致了转子在转动时受到大小不同的弹性力加剧了转子的不平衡，并且此结构的一套装置只适用于一种尺寸型号的转子，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对转子的支承刚度可调节并且适用于各种尺寸型号变化的转子的支承装置及其支承模拟试验台。

本发明提供的一种用于支承转子的支承装置，具有这样的特征: 对称式弹性变刚度支承机构；以及四轴联动组件，用于支承及调整对称式弹性支承机构，其中，对称式弹性变刚度支承机构包含：与转子的转轴相垂直并且中央设有供转轴穿过的通孔的支承板；位于支承板的一侧面上并且均匀分布在所述通孔边缘的复数个弹性定位单元，每个所述弹性定位单元设有用于支承固定转轴的定位杆、与所述定位杆固定连接并且具有弹性和板簧刚度的板簧、套接在所述板簧两端的两个变刚度滑块、通过调节所述板簧的接入长度来改变所述弹性和所述板簧刚度的变刚度联轴构件以及用于固定安装所述变刚度联轴构件的连接板；用于固定复数个所述定位杆且被每个所述定位杆都均匀贯穿的环形构件，设有被贯穿的钢环和复数个用于固定定位杆和钢环的螺母组；以及位于支承板的另一侧面上的支承调节单元，用于对复数个弹性定位单元同步调节使复数个弹性定位单元接近或远离转轴，设有用于转动的具有齿轮螺纹的齿轮件、具有与齿轮螺纹相匹配的滑块螺口并且可在接近或远离的方向上滑动的滑块以及用于固定连接板和滑块的连接杆。

在本发明的支承装置中，还可以具有这样的特征：其中，变刚度联轴构件包括分别贯穿两个变刚度滑块中的正螺纹杆和负螺纹杆、用于连接在正螺纹杆和负螺纹杆的联轴器以及设置在正螺纹杆和负螺纹杆的两侧中任意一侧的手动轮，正螺纹杆、负螺纹杆和板簧都套接在两个变刚度滑块中，用于通过手动轮的转动来使正螺纹杆、负螺纹杆同方向转动从而两个变刚度滑块之间的距离变大或变小来改变板簧的接入长度。

在本发明的支承装置中，还可以具有这样的特征：其中，齿轮件包含固定安装在支承板上用于转动的具有小锥螺纹的小锥齿轮、具有与小锥螺纹相匹配的大椎螺口并且与支承板相平行的大锥齿轮，大锥齿轮具有齿轮螺纹。

在本发明的支承装置中，还可以具有这样的特征：其中，四轴联动组件包含：用于调整对称式弹性支承机构在垂直面内上下运动的垂直蜗轮蜗杆机构；用于调整对称式弹性支承机构在水平面内纵向位置、横向位置的纵向滚珠丝杠机构、横向滚珠丝杠机构；以及用于调整对称式弹性支承机构在水平面内旋转的旋转机构，纵向滚珠丝杠机构垂直地安装在横向滚珠丝杠机构上，旋转机构安装在横向滚珠丝杠机构上。

另外，本发明还提供了一种利用上述支承装置的支承模拟试验台，具有这样的特征：包括，转子，含有转轴和转盘；两个如上的支承装置，用于支承转子，被分别设置在转盘的两侧；电机部，用于驱动转子转动，设有电机输出轴；以及联轴器，被设置在电机输出轴和转轴之间。

在本发明的支承模拟试验台中，还可以具有这样的特征：其中，转轴为多级转轴，各级转轴之间通过联轴器相连接。

本发明的效果在于：

本发明提供的一种支承装置及其支承模拟试验台克服了已有技术的刚性连接的轴承支承机构对转子、轴承等各个零件的磨损，采用具有对称式弹性变刚度支承机构与转子的转轴进行弹性接触支承。

通过变刚度联轴构件来调节变刚度滑块之间的距离，从而可以调节板簧的实际接入长度，实际接入长度大则板簧的弹性大、刚度小，实际接入长度小则板簧的弹性小、刚度大，而板簧又与匹配的定位杆是安装固定连接的，也就使定位杆对转轴进行接触支承定位时具有弹性及刚度调节功能，即各个定位杆所卡合形成的腔体卡紧套接在转子的转轴上，定位杆和板簧所具有的弹性可消除转轴转动所产生的振荡，并且可通过调节板簧的刚度对转子系统中转轴的临界转速做线性调节，从而达到最佳接触支承效果，将磨损减少到最低，延长了机器的寿命，也降低了为避免转子系统共振问题的设计难度。

相对于复数个弹性定位单元位于另一侧面的支承调节单元用于总体上调节复数个弹性定位单元之间位置使这些复数个弹性定位单元接近或远离转轴，弹性定位单元均匀的被分布在转轴的边缘起到支撑定位的作用，当转轴的直径较细时，可调节复数个弹性定位单元之间更聚拢从而更接近适合卡合较细的转轴，当转轴的直径较粗时，可调节复数个弹性定位单元之间更扩张从而能容纳较粗的转轴，支承调节单元与定位杆之间的连接则是通过每个弹性定位单元中连接板，从而转动齿轮件来调节滑块做所述接近或者远离方向的运动时，通过连接杆与弹性定位单元中的连接板的固定连接，那么复数个弹性定位单元也可被同步调节接近或者远离转轴，也就实现了可广泛应用于拥有不同粗细程度多尺寸规格的转轴的转子，灵活度好、经济效益高。

复数个定位杆均匀贯穿钢环，螺母组又使定位杆与钢环之间的相对位置固定，使复数个定位杆之间通过钢环联接为具有更大稳定性的整体，使转轴在运动过程中在各个方向受到支承力大小更均匀。

附图说明

图1是本发明的实施例中支承模拟试验台的结构示意图；

图2是本发明的实施例中支承模拟试验台中支承装置的结构示意图；

图3是本发明的实施例中图1的支承模拟试验台中支承装置沿着转轴右视方向结构示意图；

图4是本发明的实施例中图1的支承模拟试验台中支承装置沿着转轴左视方向结构示意图。

具体实施案例

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的实施例中支承模拟试验台的结构示意图。

如图1所示，支承模拟试验台100包含具有转轴1a和转盘1b的转子1、用于支承转子1的两个支承装置200、驱动转子1转动的电机部2以及联轴器3，两个支承装置200被分别设置在转盘1b的两侧，电机部2中设有电机输出轴2a，联轴器3被设置在电机输出轴2a和转轴1a之间。

图2是本发明的实施例中支承模拟试验台中支承装置的结构示意图。

如图2所示，支承装置200是图1中所示的两个支承装置200中的任意一个，支承装置200包含对称式弹性变刚度支承机构4和四轴联动组件5，四轴联动组件5用于支承及调整对称式弹性变刚度支承机构4。

图3是本发明的实施例中图1的支承模拟试验台中支承装置沿着转轴右视方向结构示意图。

如图3所示，支承装置200中的对称式弹性变刚度支承机构4包含支承板6、位于支承板6同一侧面上的三个弹性定位单元7和环形构件8。

如图1、图3所示，三角形状的支承板6与转子1的转轴1a相垂直，支承板6的中央设有供转轴1a穿过的通孔。三个弹性定位单元7位于支承板6的一侧面上并且均匀的分布在转轴1a的边缘，即、如图3中所示的三个弹性定位单元7被设置在转轴1a的左上方向、右上方向以及正下方向。

三个弹性定位单元7中的任意一个弹性定位单元7都设有定位杆9、板簧10、变刚度滑块11、变刚度联轴构件12以及连接板13，定位杆9中远离转轴1a的一端与具有弹性和刚度的板簧10相固定连接，定位杆9的另一端则用于与转轴1a相接触用于支承固定转轴1a。转轴1a上也可套接图中未显示的轴承，定位杆9也可以与套接的轴承直接接触同样可支承转轴。定位杆9与转轴1a相接触的一端具有适合于包合转轴1a侧壁的内凹形的圆弧端部9a。板簧10的中部与定位杆9固定连接并且板簧10具有弹性和刚度，板簧10中部的两侧即、板簧10的两端套接设有两个变刚度滑块11，两个变刚度滑块11可以被调节从而自由的沿着板簧10的路径来相近或者相远移动，以改变两个变刚度滑块11之间的距离。

变刚度联轴构件12包括正螺纹杆12a、负螺纹杆12b、连接在正螺纹杆12a和负螺纹杆12b之间的联轴器12c以及手动轮12d，正螺纹杆12a和负螺纹杆12b之间具有的螺纹方向相反，正螺纹杆12a、负螺纹杆12b分别贯穿两个变刚度滑块11中，手动轮12d被设置在正螺纹杆12a和负螺纹杆12b的图3中所示左上方弹性定位单元7中的上侧，正下方弹性定位单元7中的手动轮12d则被设置在左侧。

正螺纹杆12a、负螺纹杆12b和上述的板簧10都套接在两个变刚度滑块11中，通过手动轮12d的转动，正螺纹杆12a、负螺纹杆12a同方向转动从而会致使分别套接正螺纹杆12a、负螺纹杆12b上的两个变刚度滑块11之间做相近或相远移动，从而同样卡合在两个变刚度滑块11中的板簧10的实际接入长度也随之变短或者变长，调节了板簧10的实际接入长度也就使板簧10具有的弹性和刚度被改变可被调节，实际接入长度越长，具有的弹性越大、刚度越小，相反则具有的弹性越小、刚度越大。

两个连接板13被分别设置在变刚度联轴构件12的两端，变刚度联轴构件12被固定安装在两个连接板13上。

环形构件8包含钢环8a和与三个定位杆9匹配的三个螺母组8b，由于定位杆9与具有弹性的板簧10固定连接较不稳定，钢环8a则将每个定位杆9中的靠近转轴1a一端都固定联接起来，且被三个定位杆9均匀贯穿，三个螺母组8b分别将每个定位杆9和钢环8a之间位置固定，使三个方向的弹性定位单元7联合成更具有稳定性的整体。

四轴联动组件5包含垂直蜗轮蜗杆机构14、纵向滚珠丝杠机构15、横向滚珠丝杠机构16以及旋转机构17。垂直蜗轮蜗杆机构14用于调整对称式弹性支承机构4在图3所示的垂直面内上下运动，纵向滚珠丝杠机构15、横向滚珠丝杠机构16分别用于调整对称式弹性支承机构4在图3所示的水平面内纵向位置、横向位置，以及旋转机构17用于调整对称式弹性支承机构4在图3所示的水平面内旋转。

纵向滚珠丝杠机构15、横向滚珠丝杠机构16分别都具有水平面运动块18、水平面螺纹杆19、用于进行刚性固定的螺栓20以及用于调节转动的水平面手动轮21，通过旋转水平面手动轮21来完成水平面运动块18的沿着水平面螺纹杆19方向上的前进或者后退。纵向滚珠丝杠机构15中的垂直地安装在横向滚珠丝杠机构16上。本实施例的支承装置200中还设有底板22，当位置确定后，螺栓20可刚性固定纵向滚珠丝杠机构15中的运动块和底板22，螺栓20也可刚性固定纵向滚珠丝杠机构15和横向滚珠丝杠机构16。

旋转机构17安装在横向滚珠丝杠机构16上，旋转机构17设有可相对旋转运动的水平旋转块23、进行刚性固定的旋转螺栓24以及两块角型钢板25，水平旋转块23被设置在横向滚珠丝杠机构16的运动块上，水平旋转块23的相对旋转运动可采用较小的蜗轮蜗杆机构来完成，当位置确定后，旋转螺栓24刚性固定对水平旋转块23和横向滚珠丝杠机构16，并且为了进一步提高整体稳定性，位置确定后在水平旋转块23的两边分别设置两块角型钢板25与底板22进行刚性固定。

垂直蜗轮蜗杆机构14分别设有两套通过连接轴6a与支承板6固定连接的垂直运动架26、垂直蜗轮蜗杆机构27、用于进行刚性固定的垂直螺栓28，还设有用于同步驱动两套垂直蜗轮蜗杆机构的垂直驱动机构29，垂直驱动机构29中设有一个用于保证同步的垂直联轴器29a和两个垂直手动轮29b。垂直运动架26可在垂直驱动机构29的驱动调节下，整体带动支承板6在图3所示的垂直面内上下移动。当位置确定后可用垂直螺栓28进行刚性固定。

图4是本发明的实施例中图1的支承模拟试验台中支承装置沿着转轴左视方向结构示意图。

如图4所示，图4显示的是图1中支承装置200的沿着转轴1a左视方向结构，也显示的是图3中支承装置200的沿着转轴1a的后视方向结构。

如图3和图4所示，支承装置200中的对称式弹性支承机构4包含支承板6、与上述三个弹性定位单元7和环形构件8相对的位于支承板6另一侧面上的支承调节单元30，如图3和图4所示，支承调节单元30对三个弹性定位单元7进行同步调节从而使三个弹性定位单元7接近或远离转轴1a。

支承调节单元30包含具有小锥齿轮31a和大锥齿轮31b的齿轮件31、滑块32以及连接杆33。小锥齿轮31a被固定安装在支承板6上，小锥齿轮31a可以被转动并且具有小锥螺纹。大锥齿轮31b被设置在与支撑板6相平行的面上，大锥齿轮31b具有与上述小锥螺纹相匹配的大椎螺口。在小锥齿轮31a的转动带动下，大椎齿轮31b可以如图4所示的顺时针或者逆时针方向转动。大椎齿轮31b靠近支撑板6的一侧具有图4中未显示的齿轮螺纹，滑块32具有与上述齿轮螺纹相匹配图4中未显示的滑块螺口。在大锥齿轮31b的顺时针或者逆时针转动下，滑块32可在接近或远离转轴1a的方向上滑动。连接杆33与滑块32固定连接，如图3和图4所示，连接杆33的两端分别通过两个螺母33a与两个上述连接板13固定连接，连接杆33使连接板13和滑块32之间同步在接近或远离转轴的方向上移动。支撑板6在每个弹性定位单元7与连接杆33两端同步移动相连接的路径上都设有被挖空的连接槽6b，用于方便位于支撑板6两个对立侧面上的支承调节单元30和三个弹性定位单元7进行同步移动。

发明的作用与效果

综上，本发明的作用和效果在于：

本发明提供的一种支承装置及其支承模拟试验台克服了已有技术的刚性连接的轴承支承机构对转子、轴承等各个零件的磨损，采用具有对称式弹性变刚度支承机构与转子的转轴进行弹性接触支承。

通过变刚度联轴构件来调节变刚度滑块之间的距离，从而可以调节板簧的实际接入长度，实际接入长度大则板簧的弹性大、刚度小，实际接入长度小则板簧的弹性小、刚度小，而板簧又与匹配的定位杆是安装固定连接的，也就使定位杆对转轴进行接触支承定位时具有弹性及刚度调节功能，即各个定位杆所卡合形成的腔体卡紧套接在转子的转轴上，定位杆和板簧所具有的弹性可消除转轴转动所产生的振荡，并且可通过调节板簧的刚度对转子系统中转轴的临界转速做线性调节，从而达到最佳接触支承效果，将磨损减少到最低，延长了机器的寿命，也降低了为避免转子系统共振问题的设计难度。

相对于复数个弹性定位单元位于另一侧面的支承调节单元用于总体上调节复数个弹性定位单元之间位置使这些复数个弹性定位单元接近或远离转轴，弹性定位单元均匀的被分布在转轴的边缘起到支撑定位的作用，转轴上也可套接轴承，弹性定位单元中的定位杆也可以与套接的轴承直接接触同样可支承转轴，当转轴或者套接的轴承的直径较细时，可调节复数个弹性定位单元之间更聚拢从而更接近适合卡合住较细的转轴，当转轴或者套接的轴承的直径较粗时，可调节复数个弹性定位单元之间更扩张从而能容纳较粗的转轴，支承调节单元与定位杆之间的连接则是通过每个弹性定位单元中连接板，从而转动齿轮件来调节滑块做接近或者远离方向的运动时，通过连接杆与弹性定位单元中的连接板的固定连接，那么复数个弹性定位单元也可被同步调节接近或者远离转轴，也就实现了可广泛应用于拥有不同粗细程度多尺寸规格的转轴的转子，灵活度好、经济效益高。

复数个定位杆均匀贯穿钢环，螺母组又使定位杆与钢环之间的相对位置固定，使复数个定位杆之间通过钢环联接为具有更大稳定性的整体，使转轴在运动过程中在各个方向受到支承力大小更均匀。

本发明提供的一种支承装置及其支承模拟试验台采用四轴联动组件精确的区分出了水平支承刚度和垂直支承刚度，适合于转子系统的动力特性及动态试验的研究。本发明提供的支承装置所采用的转轴可为多级转轴，各级转轴之间通过联轴器相连接。本发明提供的支承模拟试验台整体的转子系统安装完成位置确定后，其刚度还可通过变刚度联轴构件中的手动轮、螺母组以及齿轮件稍做调整，达到了对刚度可进行线性调节的效果。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于支承转子的支承装置，其特征在于，包括：

对称式弹性变刚度支承机构；以及

四轴联动组件，用于支承及调整所述对称式弹性支承机构，

其中，所述对称式弹性变刚度支承机构包含：

与所述转子的转轴相垂直并且中央设有供所述转轴穿过的通孔的支承板；

位于所述支承板的一侧面上并且均匀分布在所述通孔边缘的复数个弹性定位单元，每个所述弹性定位单元设有用于支承固定所述转轴的定位杆、与所述定位杆固定连接并且具有弹性和板簧刚度的板簧、套接在所述板簧两端的两个变刚度滑块、通过调节所述板簧的接入长度来改变所述弹性和所述板簧刚度的变刚度联轴构件以及用于固定安装所述变刚度联轴构件的连接板；

用于固定复数个所述定位杆且被每个所述定位杆都均匀贯穿的环形构件，设有被贯穿的钢环和复数个用于固定所述定位杆和所述钢环的螺母组；以及

位于所述支承板的另一侧面上的支承调节单元，用于对所述复数个弹性定位单元同步调节使所述复数个弹性定位单元接近或远离所述转轴，设有用于转动的具有齿轮螺纹的齿轮件、具有与所述齿轮螺纹相匹配的滑块螺口并且可在所述接近或远离的方向上滑动的滑块以及用于固定所述连接板和所述滑块的连接杆。

2.根据权利要求1中所述的支承装置，其特征在于：

其中，所述变刚度联轴构件包括分别贯穿两个所述变刚度滑块中的正螺纹杆和负螺纹杆、用于连接在所述正螺纹杆和负螺纹杆的联轴器以及设置在所述正螺纹杆和所述负螺纹杆的两侧中任意一侧的手动轮，

正螺纹杆、负螺纹杆和所述板簧都套接在两个所述变刚度滑块中，用于通过所述手动轮的转动来使正螺纹杆、负螺纹杆同方向转动从而所述两个所述变刚度滑块之间的距离变大或变小来改变所述板簧的所述接入长度。

3.根据权利要求1中所述的支承装置，其特征在于：

其中，所述齿轮件包含固定安装在所述支承板上用于转动的具有小锥螺纹的小锥齿轮、具有与所述小锥螺纹相匹配的大椎螺口并且与所述支承板相平行的大锥齿轮，所述大锥齿轮具有所述齿轮螺纹。

4.根据权利要求1所述的支承装置，其特征在于，包括：

其中，所述四轴联动组件包含：

用于调整对称式弹性支承机构在垂直面内上下运动的垂直蜗轮蜗杆机构；

用于调整所述对称式弹性支承机构在水平面内纵向位置、横向位置的纵向滚珠丝杠机构、横向滚珠丝杠机构；以及

用于调整所述对称式弹性支承机构在所述水平面内旋转的旋转机构，

所述纵向滚珠丝杠机构垂直地安装在所述横向滚珠丝杠机构上，所述旋转机构安装在所述横向滚珠丝杠机构上。

5. 一种支承模拟试验台，其特征在于，包括：

转子，含有转轴和转盘；

如权利要求1至权利要求4中任意一项所述的两个支承装置，用于支承所述转子，被分别设置在所述转盘的两侧；

电机部，用于驱动所述转子转动，设有电机输出轴；以及

联轴器，被设置在所述电机输出轴和所述转轴之间。

6.如权利要求5所述的支承模拟试验台，其特征在于：

其中，所述转轴为多级转轴，各级转轴之间通过所述联轴器相连接。

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