CN105889468A - 用于离心机试验台的驱动装置 - Google Patents

Abstract

离心机试验台的用于驱动装置的传动装置具有传动装置外壳(1)，其内设置一具有垂直的输出轴(10)和与其同轴的输入轴(9)的变速器(8)。输出轴(10)具有在变速器(8)内设置的上末端和可与试件耦合的下末端。传动装置外壳(1)具有在传动装置的装入状态下能够与其分开的下面的外壳(4)，输出轴(10)在离开它的末端的一定距离处借助轴承(28、29)在轴向和径向上被支撑。变速器(8)如此构造，使得输出轴(10)连同所述下面的外壳部分(4)和在其内设置的轴承能够从传动装置外壳(1)中取出。

Description

用于离心机试验台的驱动装置

技术领域

本发明涉及一种用于离心机试验台的驱动装置，离心机试验台具有一个包括传动装置外壳的传动装置，在所述传动装置外壳内设置变速器，其具有垂直的输出轴和相对其同轴的输入轴，其中输出轴具有配属变速器的上端和与试件连接的下端。

背景技术

离心机试验台是对快速转动的机械零件进行强度试验的机器，属于快速转动的机械零件例如有涡轮机的发动机、压缩机、快速转动的电动机、离合器等。该类试验台从DE1125206B中知晓。

此外US 2002/0112546 A1描述一种高速转动测试设备，它具有一个在下端保持一个测试物体的转轴、一个用于给该转轴供给转矩的驱动电动机和一个用于保持驱动电动机的电动机轴的框架。所述轴在该设备的垂直方向上设置，其中转轴通过电动机轴的上端和转轴的耦合被直接驱动。用于限制振动的阻尼机构在转轴的下端附近提供。在另一种设计方案中该高速转动测试设备具有一个第二转轴，它通过一个离合器与第一转轴连接，使得它们的中轴线互相对准并且使这些转轴一起转动。第二转轴从第一转轴出发向下延伸并且与一个重量支承轴和阻尼机构啮合，其中重量支承轴由外壳借助支座保持。测试物体在第二转轴上在它的下端借助一个保持装置固定。

这样的转子的试验以试验转速进行，在这方面试验转速显著高于转子的最大运行转速。因此为完成试验任务离心机试验台需要一种用于非常高的转速的驱动装置。已知这样的驱动装置，其为产生高的转速使用变速器。

在以过转速试验转子时在许多情况下导致试件的希望的或者不希望的破裂。然而在由于离心力负荷导致试件完全肢解前，转动的试件中的多数质量元件移动，结果导致承载试件的驱动轴的大的振动振幅。因此存在允许大的振动振幅的需求。基于该需求在离心机试验台中产生一种结构类型，其中试件悬挂在一个比较细的从而非常弹性的、竖直设置的驱动轴即所谓的离心机轴上。此外该离心机轴可以通过一个专门的、柔性的阻尼轴承引导。由于离心机轴的弹性和阻尼轴承的柔性即使在高转速的情况下离心机试验台也能够承受大的振动振幅。

离心机试验台的考虑了试件和离心机轴的动力学特性的结构类型具有这样的结果：用于离心机试验的试件的安装和准备在操作中是烦琐的。这种烦琐的操作特别在那时被证明是有缺点的，即当为在离心机试验期间进行测量给试件装备传感装置时，这通常提前进行。这样的测量例如可以涉及试件的温度和拉应力。为改善操作，在用于离心机试验台的已知的驱动装置中可以把离心机轴取出并且在与试件连接后重新导入运行中。但是该结构类型不能总是实现。特别在小的和非常快转动的驱动装置中离心机轴的取出从几何学的原因和从强度的原因考虑是不可能的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种所述类型的、离心机试验台的具有传动装置的驱动装置，所述传动装置适合小型的并且以非常高的转速转动的驱动装置并且它为简化操作允许从传动装置中取出能够与试件耦合的离心机轴。

离心机试验台的具有根据本发明的传动装置的驱动装置包括传动装置外壳，其内设置具有垂直的输出轴和与其同轴的输入轴的变速器，其中输出轴具有配属变速器的上末端和可与试件耦合的下末端，其中传动装置外壳具有在传动装置的装入离心机试验台内的状态中能够与传动装置外壳分开的下面的外壳部分，其内输出轴在离开它的末端一定距离处借助轴承在轴向和径向上被支撑，并且其中变速器如此构造，使得输出轴连同所述下面的外壳部分能够在输出轴的轴线的方向上向下从传动装置外壳中取出。

在根据本发明的驱动装置中可与试件耦合的并且构成离心机轴的输出轴的取出通过分离和取下所述下面的外壳部分而可能，在该下面的外壳部分内仅有输出轴的轴承。该外壳部分从下通过法兰连接在传动装置外壳上并且在松开该法兰连接后能够连同输出轴一起从装入的传动装置内取出。在把由传动装置分开的单元从下面的外壳部分中和把输出轴从离心机试验台中取出后能够把试件非常简单地安装在输出轴上和对准。这里输出轴保留在支撑它的和随同它取出的外壳部分内并且由此在设置试件时被保护不被损坏。由于这种保护输出轴的连接试件的轴段可以做得非常细，这对于具有高试验转速的非常小的转子的离心机试验是有利的。

根据本发明的另一个建议，变速器是行星齿轮传动装置，其中输入轴具有空心轮，空心轮的位于内部的齿环与多个在传动装置外壳内支撑的行星齿轮啮合并且其中与行星齿轮共同作用的太阳轮由输出轴的提供有外齿部的上端构成。变速器的该设计方案有利于输出轴从传动装置中取出并且能够获得输出轴的一种在小直径的情况下简单的和适用于非常高的转速的实施形式。

根据本发明的另一个建议，由一个零件构成的输出轴具有构成太阳轮的上面的部段、相对于第一部段具有较小直径的中间的部段和相对于中间的部段具有较小直径的下面的部段。优选在输出轴的上面的和中间的部段之间构成一个轴承凸肩，用于轴向支撑输出轴。输出轴的该结构能够简单地制造并且在它的不同的功能区内具有各自配合的直径。尽管在太阳轮上和支座的区域内直径不应该过小，但是中间的和下面的部段的减小的直径负责希望的弹性和摩擦转矩的减小。

输出轴在下面的外壳部分中的支座尤其具有支撑上面的部段的径向滑动轴承、与轴承凸肩共同作用的轴向滑动轴承和包围中间的部段的阻尼轴承。在这种情况下输出轴有利地如此在传动装置外壳内设置，使得仅下面的部段通过提供有密封件的外壳孔从传动装置外壳中伸出。密封件在输出轴下面的部段上的设置具有这样的优点，即密封由于小的直径是最小的。

根据本发明的另一个建议，输出轴的从传动装置外壳中伸出的末端通过承接装置延伸，其为防止输出轴的径向振动过大构造。该承接装置尤其具有多个围绕输出轴设置的具有对输出轴平行的转动轴线的滚动轴承，其中滚动轴承具有可转动的外环，它们的外周面与输出轴相间隔。此外可以给所述承接装置提供一个宽带的测量传感器，用于监视输出轴的振动。

附图说明

下面根据本发明的一个优选的实施例详细说明本发明，所述实施例在附图中表示。附图表示用于离心机实验台的传动装置的横截面。

具体实施方式

附图中表示的传动装置具有一个可与机器立架固定连接的传动装置外壳1，它由一个上面的外壳部分2、一个中间的外壳部分3和一个下面的外壳部分4组成。上面的外壳部分2和下面的外壳部分4分别配备一个法兰5或者6，其上它们借助螺丝与中间的外壳部分3固定连接。在法兰5、6上设置的密封件将连接位置密封。中间的外壳部分3具有一个板状的部段7，它越过法兰5向外延伸并且用于在试验台内固定该外壳。

传动装置外壳1包围一个空腔，其内设置一个作为行星齿轮传动装置构造的、具有一个输入轴9和一个输出轴10的变速器8。输入轴9和输出轴10的轴线竖直地并且互相同轴地对准。输入轴9由驱动转轴(Antriebsspindel)构成，后者在一个放入上面的外壳部分2内的转轴外壳11内可转动地支撑。驱动转轴可以以不同的方式，要么直接要么通过传动装置，例如牵引工具传动装置，通过电动机或者涡轮机，驱动。

在转轴外壳11内支撑的输入轴9的传动装置侧的末端支承一个空心轮12，它的轮毂13与输入轴9转动固定地连接并且借助一个螺丝和一个阶梯垫圈沿轴向固定在输入轴9的轴肩上。空心轮12具有一个圆筒形的空心轮外壳14，它在它的远离轮毂的末端具有一个在内侧形成齿的齿环15。齿环15与三个作为正齿轮构造的行星齿轮16啮合，这些行星齿轮以规律的间隔互相隔开设置并且在中间的外壳部分3内和对输入轴9的轴线平行的轴线可转动地支撑。附图中仅能看见一个行星齿轮16，然而所有三个行星齿轮都相同地构造。

如从图中所知，所示行星齿轮16在两侧具有支承颈17，它们分别支撑在一个滚动轴承18或者19上。下滚动轴承18位于外壳部分4中的一个容纳孔内。上滚动轴承19设置在一个盖部分20内的一个容纳孔内，盖部分借助未显示的螺丝和通过定位销21准确对准地固定在外壳部分3上。

变速器8的与行星齿轮16共同作用的太阳轮22由用一个零件构成的输出轴10的配备有外齿部的上端构成。这使得能够实现太阳轮的小的直径并且避免太阳轮和轴之间的非材料结合的连接的强度缺点。输出轴10具有一个上部的部段23，它从太阳轮齿部以恒定的直径延伸到轴承凸肩24，该凸肩连接一个中间的部段25，部段25具有比部段23更小的直径。在中间的部段25上向下在一个梯段26上接续一个下面的部段27，部段27具有比中间的部段25更小的直径。

输出轴10的上面的部段23位于中间的外壳部分3的一个孔内，后者的内径比部段23的外径明显更大。因此输出轴10的导入和从外壳部分3内的取出能够容易地进行，不会导致输出轴10和外壳部分3之间的接触。输出轴10的部段23的下端在一个径向滑动轴承28内支撑并且通过凸肩24沿轴向在轴向滑动轴承29上支撑。轴向滑动轴承29仅向下在重力方向上支持输出轴10。由于该轴的竖直的设置在相反的方向上不需要支承。输出轴10向上的过大的运动通过一个止挡元件30限制，它在盖部分20上设置。

由轴向和径向滑动轴承28、29组成的支座位于下面的外壳部分4内。另外外壳部分4在该支座的下面包括一个阻尼轴承32，后者包围输出轴10的中间的部段25并且与其共同作用。阻尼轴承32在径向是柔性的并且具有衰减弹性的输出轴10的中间的部段23的径向的振动的任务。以这种方式即使在高转速的情况下也能够控制输出轴10的相对大的振动振幅。

阻尼轴承32位于外壳部分4的一个圆筒形的腔内，后者在它的下面的、开启的末端通过一个在外壳部分4上固定的盖33封闭。盖33具有一个中心孔，输出轴10的下面的部段27穿过该中心孔。该孔在盖33内足够大，由此部段27能够不受阻碍地振动。

在盖33和阻尼轴承32之间在外壳部分4内有一个垫圈34，它支承有一个真空密封件35，后者密封地紧贴在部段27上。另外的密封环相对于盖33和与盖33相对的外壳部分4密封垫圈34。传动装置1的内部空间以这种方式在输出轴10的出口末端被真空密封地封闭。这是需要的，因为在离心机试验台内传动装置外壳1的下端可以用于限定一个真空腔，它在离心机试验期间包围试件。

变速器8的齿轮、它的轴承和输出轴10的轴承都用液体的润滑剂润滑，所述润滑剂通过一个供给管37输送到外壳部分3内并且通过未详细表示的分配钻孔到达传动装置1内的单个润滑点。多余的润滑剂通过一个回流管38导出。

如图所示，在输出轴10的下面的部段27的从盖33中伸出的末端上借助一个联轴器形状配合地耦合一个用于试件41的插座40。插座40具有一个圆柱形的、具有一个容纳轴端的中心孔的杆。插座40的杆由一个承接装置42包围，后者在盖33的下侧固定。承接装置42包括三个由轴承构成的承接轴承43，它们互相以规律的间隔并且离开插座40的杆一定距离设置。通过承接轴承43能够防止插座40的过大的径向振动。

承接装置42另外包括一个宽带的测量传感器44，用于在试件的离心机试验期间监视插座40的振动。

根据本发明的传动装置的一个为在离心机试验台内使用的非常有利的特征在于，输出轴10连同它的支座能够以简单的方式从传动装置外壳1内取出，尽管传动装置被装入离心机试验台内并且保留在其中。为能够做到这点，输出轴10的轴承，亦即径向滑动轴承28、轴向滑动轴承29和阻尼轴承32还有真空密封件35完全设置在下面的外壳部分4内，并且下面的外壳部分4从下面如此放入中间的外壳部分3内，使得在松开螺丝(其用于将法兰6与外壳部分3相连)后，在输出轴10的轴线的方向上能够从外壳部分3内取出。

外壳部分4利用一个圆柱形的侧面46被导入外壳部分3内的一个容纳孔47内并且由此保证在从外壳部分3内取出和重新放入时不会倾斜和卷边。在输出轴10被取出和重新向传动装置内放入时的危险以这种方式得以避免。太阳轮齿向行星齿轮的齿隙内的导入通过太阳轮22的端面上的齿缘的倒角而变得容易。

另外驱动输出轴10的太阳轮22如此构造和设置，使得它能够与输出轴10一起从传动装置内拉出并且还能够放入传动装置内。优选这通过根据已知的原理把变速器作为行星齿轮传动装置的结构类型实现。在这种情况下太阳轮不需要任何自己的支座，而是它在行星齿轮之间在一定程度上浮动地设置并且通过它们对中。因此太阳轮的取出和放入不被附加的轴承妨碍。尤其如图所示太阳轮是输出轴10的一个集成的组成部分。这使得为实现输出轴的高的转速能够实现小的太阳轮直径和大的传动比。

此外所述传动装置的特征在于一种简单而紧凑的结构类型并且通过它的适宜的负荷分布能够实现太阳轮和输出轴10的小的直径。太阳轮输出轴的上端的由它构成的支座的浮动的设置引起一种有利的转子动力学的行为，它允许输出轴10的极高的转速。通过输出轴的直径的阶梯式相继的减小在足够的强度下实现适用高转速的支承、有利的振动行为和一种用于轻的试样的所希望高弹性。

Claims (10)

1.一种离心机试验台的具有传动装置的驱动装置，所述传动装置具有传动装置外壳(1)，在传动装置外壳内设置具有竖直的输出轴(10)和与其同轴的输入轴(9)的变速器(8)，其中输出轴(10)具有配属变速器(8)的上末端和可与试件耦连的下末端，其中传动装置外壳(1)在传动装置装入离心机试验台的状态下具有能够与传动装置外壳分开的下面的外壳部分(4)，在所述下面的外壳部分中输出轴(10)在离开它的末端一定距离处借助轴承在轴向和径向上被支撑，并且其中变速器(8)如此构造，使得输出轴(10)能够连同所述下面的外壳部分(4)在输出轴(10)的轴线的方向上向下从传动装置外壳(1)中取出。

2.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，变速器(8)是行星齿轮传动装置，其中输入轴(9)具有空心轮(12)，所述空心轮的位于内部的齿环与多个在传动装置外壳内支撑的行星齿轮(16)啮合并且其中与行星齿轮(16)共同作用的太阳轮(22)由输出轴(10)的配备外齿部的上端构成。

3.根据权利要求1或2所述的驱动装置，其特征在于，由一个零件制造的输出轴(10)具有构成太阳轮(22)的上面的部段(23)、相对于上面的部段(23)具有较小直径的中间的部段(25)和相对于中间的部段(25)具有较小直径的下面的部段(27)。

4.根据权利要求3所述的驱动装置，其特征在于，在输出轴(10)的上面的和中间的部段(23、25)之间构成轴承凸肩(24)，用于轴向支撑输出轴(10)。

5.根据权利要求4所述的驱动装置，其特征在于，输出轴(10)在下面的外壳部分(4)中的支座包括支撑上面的部段(23)的径向滑动轴承(28)、与轴承凸肩(24)共同作用的轴向滑动轴承(29)和包围中间的部段(25)的柔性的阻尼轴承(32)。

6.根据权利要求3到5之一所述的驱动装置，其特征在于，输出轴(10)这样设置在传动装置(1)内，使得下面的部段(27)通过外壳孔从传动装置外壳(1)中伸出并且该外壳孔借助下面的部段上的密封件密封。

7.根据上述权利要求之一所述的驱动装置，其特征在于，输出轴(10)的从传动装置外壳(1)中伸出的末端延伸穿过承接装置(42)，该承接装置设计用于防止输出轴(10)的径向振动过大。

8.根据权利要求7所述的驱动装置，其特征在于，所述承接装置(42)配备宽带的传感器(44)，用于监视输出轴(10)的振动。

9.根据权利要求7或8所述的驱动装置，其特征在于，所述承接装置具有多个围绕输出轴(10)设置的、具有与输出轴(10)平行的转动轴线的滚动轴承(43)，其中滚动轴承(43)具有可转动的外环，所述外环的外周面与输出轴(10)相间隔。

10.根据上述权利要求之一所述的驱动装置，其特征在于，输入轴(9)由驱动转轴构成，该驱动转轴可转动地支承在嵌入上面的传动装置外壳(1)中的转轴外壳(11)内。