CN105759014A - 一种采用同步带传动装置驱动的土工离心机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用同步带传动装置驱动的土工离心机，包括竖直安装的主轴和电机，所述主轴的上端水平设置有转臂，所述主轴的下端设置有大带轮，所述电机的转轴设置有小带轮，所述小带轮与所述大带轮之间通过同步带传动连接，所述同步带的外侧设置有两个张紧轮。本发明改变了现有技术中采用电机驱动、电机及减速器驱动的分层建筑结构，节省了建筑成本；能够解决离心机运转时通过主轴内孔向转臂持续供给大流量水、油、气的需求；同步带传动具有一定的减振、降噪作用，可以在一定程度上吸收由转臂不平衡或振动台激励产生的附加作用力，减小附加作用力对建筑基础的影响；同步带工作可靠、结构简单，方便维修和更换。

Description

一种采用同步带传动装置驱动的土工离心机
技术领域
本发明涉及一种土工离心机，具体涉及一种采用同步带传动装置驱动的土工离心机。
背景技术
土工离心机利用高速旋转的转臂产生超重力场环境，通过在吊篮中安装相关的试验装置(如：机械手装置、地震模拟装置、造风装置和深海环境模拟装置等)，可以实现对复杂载荷工况(如：开孔、挖洞、地震过程、海洋风暴过程及深海作业过程等)的模拟，为土工结构基坑开挖、地震破坏机理研究和海洋资源开发提供一个基础试验平台。
为保证超重力场中模拟试验的准确、可靠，需要保证通过离心机转臂高速旋转提供的超重力场环境相对稳定，波动小。这就对带动离心机转臂运转的驱动方式提出了很高的要求。当前，带动离心机转臂运转的驱动方式主要有以下两种：
1)电机驱动：电机输出轴与离心机主轴连接，离心机主轴与转臂连接，当电机转动时，电机输出轴带动离心机主轴转动，主轴带动离心机转臂旋转，从而在吊篮内指定的位置产生模拟试验所要求的n倍重力加速度；
2)电机及减速器驱动：电机输出轴连接减速器输入轴，减速器输出轴连接离心机主轴，离心机主轴连接转臂，当电机转动时，电机输出轴带动减速器运转，减速器带动离心机主轴转动，主轴带动转臂旋转，从而在吊篮内指定的位置产生模拟试验所要求的n倍重力加速度。
上述两种驱动方式存在着以下缺陷：
1)采用电机驱动时，电机直接与离心机主轴连接，离心机运转时，由于转臂不平衡带来的冲击力会通过主轴直接作用在电机上，危害电机的运行安全，特别是离心机用于地震模拟时，这种危害更大；另外，当离心机主轴尺寸较大时，电机的尺寸也会相应增大，增加离心机的建造成本。
2)采用电机及减速器驱动时，减速器作为电机与离心机主轴之间的过渡环节，可以缓解离心机运转时产生的附加作用力对电机的影响，但这种附加作用力转由减速器承担，且直接传递到安装减速器的建筑基础上；另外，受离心机主轴尺寸和减速器传动比的影响，减速器的结构设计受到一定的限制。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种采用同步带传动装置驱动的土工离心机。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种采用同步带传动装置驱动的土工离心机，包括竖直安装的主轴和电机，所述主轴的上端水平设置有转臂，所述主轴的下端设置有大带轮，所述电机的转轴设置有小带轮，所述小带轮与所述大带轮之间通过同步带传动连接，所述同步带的外侧设置有两个张紧轮。
优选地，所述大带轮与所述小带轮的直径比为2:1至4:1。
优选地，所述大带轮与所述主轴之间、所述小带轮与所述电机的转轴之间均通过键连接。
优选地，所述电机设置有两块固定板，两个所述张紧轮分别安装在两块所述固定板上，两个所述张紧轮分别位于所述大带轮与所述小带轮的连心线两侧。
具体地，所述张紧轮包括外部筒和中心轴，所述外部筒套在所述中心轴上，所述外部筒与所述中心轴之间设置有轴承，所述中心轴通过螺钉固定在所述固定板上，所述螺钉位于所述中心轴的偏心部。
优选地，所述中心轴设置有用于放置扳手的凹槽。
优选地，所述轴承有两个，所述中心轴套有过渡环，两个所述轴承分别位于所述过渡环的两端，所述中心轴的内端设置有用于挡住第一所述轴承的阶梯面，所述中心轴的外端设置有用于固定第二所述轴承的锁紧螺母。
本发明的有益效果在于：
采用同步带传动，可以将电机、离心机机座、转臂等安装在同一层建筑结构中，改变了现有技术中采用电机驱动、电机及减速器驱动的分层建筑结构，节省了建筑成本；
同步带传动装置中带轮结构简单，特别是大带轮与离心机主轴连接的内孔，其尺寸可以设计的较大，有利于离心机主轴尺寸的扩大，以解决离心机运转时通过主轴内孔向转臂持续供给大流量水、油、气的需求，从而避免在离心机转臂上附加供回水、供回油及供回气设备；
同步带传动具有一定的减振、降噪作用，可以在一定程度上吸收由转臂不平衡或振动台激励产生的附加作用力，减小附加作用力对建筑基础的影响；
同步带工作可靠、结构简单，方便维修和更换。
附图说明
图1是本发明在静止状态时的结构示意图；
图2是本发明在运动状态时的结构示意图；
图3是本发明中同步传动装置的结构示意图；
图4是本发明所述张紧轮的剖视结构示意图；
图中：1-转臂、2-大带轮、3-小带轮、4-电机、5-同步带、6-主轴、7-机座、8-张紧轮、9-固定板、10-键、81-轴承、82-外部筒、83-过渡环、84-中心轴、85-锁紧螺母、86-凹槽、87-螺钉。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1、图2、图3和图4所示，本发明包括竖直安装的主轴6和电机4，主轴6的上端水平设置有转臂1，主轴6的下端设置有大带轮2，电机4的转轴设置有小带轮3，小带轮3与大带轮2之间通过同步带5传动连接，同步带5的外侧设置有两个张紧轮8。
同步带5用于联接小带轮3和大带轮2，实现由小带轮3至大带轮2的固定传动比的传动。张紧轮8一方面用于调节同步带5与大带轮2、同步带5与小带轮3的啮合位置，保证同步带5与带轮的正确啮合；另一方面用于实现同步带5的张紧，保证由小带轮3至大带轮2运动传递的不失真。
大带轮2、小带轮3、同步带5和张紧轮8等构成同步带传动装置，用于实现由电机4的输出转轴至离心机主轴6的动力传递。
大带轮2与小带轮3的直径比为2:1至4:1，具体大小比值可根据现场实际情况确定。
大带轮2与主轴6之间、小带轮3与电机4的转轴之间均通过键10连接，小带轮3通过键10安装在电机4输出转轴上，使小带轮3和电机4转轴组成一个运动的整体；大带轮2通过键10安装在离心机主轴6上，使大带轮2和离心机主轴6组成一个运动的整体。
电机4设置有两块固定板9，两个张紧轮8分别安装在两块固定板9上，两个张紧轮8分别位于大带轮2与小带轮3的连心线两侧。
张紧轮8包括外部筒82和中心轴84，外部筒82套在中心轴84上，外部筒82与中心轴84之间设置有轴承81，中心轴84通过螺钉87固定在固定板9上，螺钉87位于中心轴84的偏心部。中心轴84设置有用于放置扳手的凹槽86。轴承81有两个，中心轴84套有过渡环83，两个轴承81分别位于过渡环83的两端，中心轴84的内端设置有用于挡住第一轴承81的阶梯面，中心轴84的外端设置有用于固定第二轴承81的锁紧螺母85。
本发明中的张紧轮8为可实现无极调距的偏心张紧轮8。螺钉87的中心位置相对中心轴84具有一定的偏心距离，这个偏心距离的存在可以调节张紧轮8的张紧范围。偏心距离越大，张紧范围越大。通过凹槽86中放置的扳手，将张紧轮8调整到合适的位置后，拧紧螺钉87，即可实现张紧轮8的定位。
当本发明同步带传动装置中的电机4转动时，小带轮3跟随其转动，并通过同步带5带动大带轮2转动，大带轮2带动离心机主轴6转动，主轴6带动离心机转臂1旋转，从而在吊篮内指定的位置产生模拟实验所要求的n倍重力加速度。
本专利技术通过同步带传动实现电机至离心机主轴的运动传递。同步带传动是一种柔性、精确传动方式，具有一定的减振、降噪的作用。当转臂不平衡或受到振动台激励而产生附加作用力时，同步带可以吸收一定的附加作用力。采用同步带传动有利于实现较大的传动比，因此离心机主轴尺寸可以做的很大，以解决离心机运转时通过主轴内孔向转臂持续供给大流量水、油、气的需求，而不需要在离心机转臂上附加供回水、供回油及供回气设备。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种采用同步带传动装置驱动的土工离心机，包括竖直安装的主轴和电机，所述主轴的上端水平设置有转臂，其特征在于：所述主轴的下端设置有大带轮，所述电机的转轴设置有小带轮，所述小带轮与所述大带轮之间通过同步带传动连接，所述同步带的外侧设置有两个张紧轮。
2.根据权利要求1所述的采用同步带传动装置驱动的土工离心机，其特征在于：所述大带轮与所述小带轮的直径比为2:1至4:1。
3.根据权利要求1所述的采用同步带传动装置驱动的土工离心机，其特征在于：所述大带轮与所述主轴之间、所述小带轮与所述电机的转轴之间均通过键连接。
4.根据权利要求1所述的采用同步带传动装置驱动的土工离心机，其特征在于：所述电机设置有两块固定板，两个所述张紧轮分别安装在两块所述固定板上，两个所述张紧轮分别位于所述大带轮与所述小带轮的连心线两侧。
5.根据权利要求4所述的采用同步带传动装置驱动的土工离心机，其特征在于：所述张紧轮包括外部筒和中心轴，所述外部筒套在所述中心轴上，所述外部筒与所述中心轴之间设置有轴承，所述中心轴通过螺钉固定在所述固定板上，所述螺钉位于所述中心轴的偏心部。
6.根据权利要求5所述的采用同步带传动装置驱动的土工离心机，其特征在于：所述中心轴设置有用于放置扳手的凹槽。
7.根据权利要求5所述的采用同步带传动装置驱动的土工离心机，其特征在于：所述轴承有两个，所述中心轴套有过渡环，两个所述轴承分别位于所述过渡环的两端，所述中心轴的内端设置有用于挡住第一所述轴承的阶梯面，所述中心轴的外端设置有用于固定第二所述轴承的锁紧螺母。
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